VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Nguyên liệu
Mỡ cá tra được thu mua tại nhà máy thủy sản (Công ty Cổ phần Gò Đàng, Bến Tre, Việt Nam) Sau đó được bảo quản lạnh ở nhiệt độ -20 0 C.
Dụng cụ - Thiết bị - Hóa chất sử dụng trong quá trình nghiên cứu
Nhiệt kế, ống hút, buret, cốc thủy tinh, bình tam giác, phễu lọc, pipette, cuvet thủy tinh, bình định mức, bóp cao su, phễu chiết, chén nung
Cân phân tích 4 số (Sartorious BL 210S)
Hệ thống cô quay chân không (Buchi)
Máy khuấy từ gia nhiệt (IKA RH basic KT/C)
Máy đo độ hấp thu quang UV-Vis (Perkin Elmer Lambda 25 UV/VIS L6020060)
Phosphoric acid (H3PO4, 98%) và các hóa chất như Than hoạt tính, Chloric acid (HCl, 37%), Chloroform (CHCl3), Acetic acid (CH3COOH, 99%), Kali iodua (KI), Hồ tinh bột, Phenolphthalein (C20H14O4), Ethanol (C2H5OH, 96%), Sodium hydroxide (NaOH), n-butanol (C4H10O), Potassium dihydrogen phosphate (KH2PO4), Amonium molybdate, Amonium metavanadate, và Sodium thiosulphate (Na2S2O3 0,1 N) đều có nguồn gốc từ Trung Quốc và Việt Nam, đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu khoa học.
Nội dung nghiên cứu
Hình 2 1: Sơ đồ nghiên cứu
Xác định các chỉ tiêu của dầu: FFA, IV, SP, PV, tỷ trọng, phosphorus, chỉ số OD
Chọn mẫu có chỉ số FFA, PV và OD, hàm lượng Phosphorus thấp
Xác định các chỉ tiêu của dầu: FFA, IV, SP, PV, tỷ trọng, phosphorus, chỉ số OD
Để xác định chất lượng của dầu, cần chú ý đến các chỉ tiêu quan trọng như FFA (acid béo tự do), chỉ số IV (chỉ số iod), SP (điểm sôi), PV (chỉ số peroxide), tỷ trọng, hàm lượng phosphorus và sắt, chỉ số khúc xạ, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ đông đặc, chỉ số OD (chỉ số oxy hóa), cùng với thành phần acid béo Những chỉ tiêu này giúp đánh giá tính chất và độ an toàn của dầu trong các ứng dụng khác nhau.
Xác định các chỉ tiêu của dầu: FFA, IV, SP, PV, tỷ trọng, phosphorus, chỉ số OD
Xác định các chỉ tiêu của dầu: FFA, IV, SP, PV, tỷ trọng, hàm lượng sắt, phosphorus
Xác định FFA, IV, PV, SP, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ đông đặc, thành phần acid béo, phosphorus, sắt, độ nhớt, chỉ số khúc xạ, tỷ trọng
Thu nhận và bảo quản
Khử gum bằng citric acid
Chọn mẫu có hàm lượng phosphorus, FFA thấp và phù hợp với chỉ tiêu PV của dầu
Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng (%v/w) citric acid 3% đến quá trình khử gum
Tẩy màu bằng than hoạt tính
Xác định các chỉ tiêu của dầu: FFA, IV, SP, PV, tỷ trọng, phosphorus
Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng (%w/w) than hoạt tính đến quá trình tẩy màu Đông hóa và tách sáp
2.3.2 Trích ly dầu thô từ mỡ cá tra
Mỡ cá tra sau khi thu mua được bảo quản ở nhiệt độ -20°C, sau đó trải qua các quy trình như rửa, xay và ly tâm để trích ly dầu thô Chất lượng dầu thô được đánh giá qua các chỉ tiêu như FFA, PV, IV, SV, hàm lượng phosphorus, sắt, thành phần acid béo, tỷ trọng, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ đông đặc và chỉ số khúc xạ.
Dầu thô được sản xuất từ mỡ cá tra theo hình 2.2 (Joan M.King và các cộng sự, 2008)
Hình 2 2 Quy trình trích ly dầu thô từ mỡ cá tra
Mỡ cá tra sau khi mua về được làm sạch, hút chân không và lưu trữ ở nhiệt độ -20 o C cho đến khi sử dụng
Mục đích: làm mềm mỡ cá, thuận lợi cho các công đoạn xay và trích ly sau này
Cách tiến hành: Tiến hành rã đông ở 4 o C trong vòng 16 giờ
3 phút, Tỷ lệ nước/mỡ (5:1 v/w)
Mục đích: làm mịn mỡ cá, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình gia nhiệt đạt hiệu quả cao, tăng hiệu suất trích ly
Cách tiến hành: Nước được thêm vào mỡ cá với tỷ lệ 5:1 (v/w) rồi xay mịn bằng máy xay, công suất 350w trong vòng 3 phút
Mục đích: Tăng nhanh quá trình tách dầu từ mỡ cá
Cách tiến hành: Nguyên liệu sau khi xay được đem đi đun cách thủy trong bể điều nhiệt ở 70 0 C trong vòng 15 phút đến khi hóa lỏng hoàn toàn
Mục đích: Loại bỏ các tạp chất, cặn không hòa tan khi gia nhiệt
Cách tiến hành: lọc hỗn hợp qua rây (=2 mm) để loại bỏ cặn, thu dịch lỏng
Mục đích: Tách hỗn hợp dầu- nước thành 2 pha riêng biệt, cặn lắng trong dầu
Cách tiến hành: Ly tâm bằng máy Rotanta 460 với tốc độ 2500×g trong 30 phút
Mục đích: tách dầu ra khỏi pha dầu-nước, thu dầu thô
Cách thực hiện: Dầu sau khi ly tâm cho vào phễu chiết, để yên 10 phút, tháo van loại nước, thu được dầu thô
Mục đích: Nhằm loại bỏ không khí có mặt trong dầu thô, hạn để xảy ra quá trình oxy hóa giúp bản quản dầu thô được lâu hơn
Dầu thô sau khi thu được sẽ được khử khí bằng máy hút chân không và được bảo quản ở nhiệt độ -20 độ C cho đến khi sử dụng trong các giai đoạn nghiên cứu tiếp theo.
Dầu thô sau khi trích ly vẫn còn chứa nhiều thành phần không mong muốn như phospholipid, acid béo tự do và các tạp chất, do đó cần phải tinh luyện Quá trình tinh luyện dầu thô là bước quan trọng để loại bỏ những tạp chất này.
Quy trình tinh luyện dầu thô bao gồm các bước quan trọng như khử gum, trung hòa, tẩy trắng, đông hóa và tách sáp, cùng với khử mùi để đảm bảo chất lượng dầu thành phẩm.
Mục đích: Loại bỏ NHP, một phần acid béo tự do và các tạp chất rắn
Thí nghiệm được bố trí với 2 nhân tố (A, B) thay đổi
Nhân tố A: nhiệt độ khi khử gum được khảo sát ở những nhiệt độ sau:
FFA, kim loại, màu , soap
Màu, kim loại, Phosphatides, soap
FFA, autoxidation, màu, hợp chất mùi, n- butanol
Tẩy trắng Đông hóa và tách sáp dầu Khử mùi
Dầu cá tinh luyện citric acid 3%
A1: 60 o C A2: 70 o C A3: 80 o C A4: 95 o C Nhân tố B: hàm lượng (%, w/w) citric acid có nồng độ 3% sử dụng trong quá trình khử gum được khảo sát ở những hàm lượng sau:
Quy trình bố trí thí nghiệm
Hình 2 4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm của quá trình khử gum
Để tiến hành thí nghiệm, cân 100g dầu cá thô và cho vào cốc thủy tinh 600ml, sau đó đun nóng trong bể điều nhiệt đến các nhiệt độ khảo sát 60 o C, 70 o C, 80 o C và 95 o C Tại mỗi mức nhiệt độ, bổ sung dung dịch axit citric 3% với các hàm lượng 1%, 3% và 5%, khuấy đều trong 5 phút Sau đó, để dầu nguội về nhiệt độ phòng và ly tâm với tốc độ 2500×g trong 10 phút để loại bỏ kết tủa gum Cuối cùng, đo hàm lượng phosphorus trong dầu và các chỉ tiêu tương tự với dầu thô để xác định nhiệt độ và tỷ lệ axit citric 3% phù hợp cho quá trình khử gum.
Mục đích: Loại bỏ các acid béo tự do, phospholipid còn sót lại, kim loại và các sắc tố và xà phòng
Để thực hiện quy trình, bạn cần 100g dầu đã khử gum, bổ sung NaOH 9.5% (Sodium hydroxide) và đun nóng đến 65°C trong 30 phút, khuấy đều bằng cá từ Sau đó, làm nguội mẫu về nhiệt độ phòng và để trong 6 giờ Cuối cùng, ly tâm ở 2500 ×g trong 10 phút để tách và thu được dầu.
Xác định hàm lượng Phosphorus, %FFA, PV, IV của dầu
Cho 50 ml nước cất vào ly tâm ở cùng chế độ để loại bỏ hoàn toàn xà phòng, lặp lại 3 lần Nước và tạp chất được loại bỏ bằng cách ly tâm ở 2500×g trong vòng 10 phút Lượng NaOH dùng trong quá trình trung hòa được tính toán dựa vào %FFA của quá trình khử gum trước đó
Mục đích: Loại bỏ peroxide các sản phẩm oxy hóa, sắc tố và các phospholipid, xà phòng còn sót lại ở giai đoạn trung hòa
Thí nghiệm được bố trí với 1 nhân tố (C), với 5 mức độ
C: hàm lượng than hoạt tính được thay đổi ở những mức hàm lượng sau:
Hình 2 5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm quá trình tẩy màu
Để đạt hiệu quả cao trong việc loại bỏ phospholipid, cần tiến hành khảo sát về hàm lượng than hoạt tính trong công đoạn cuối này.
100 g dầu được trung hòa với than hoạt tính ở các hàm lượng 1%, 2%, 3%, 4% và 5% Sau đó, dầu được cô quay chân không ở áp suất p2mmHg và nhiệt độ 70°C trong 20 phút Tiến hành ly tâm ở 2500ìg trong 30 phút, rồi lọc phần dịch dầu qua giấy lọc polyester có đường kính 25 mm Cuối cùng, các chỉ tiêu chất lượng dầu được đo để xác định hàm lượng than hoạt tính phù hợp, đồng thời thực hiện đông hóa và tách sáp.
Mục đích: Chủ yếu loại bỏ sáp và các triglyceriders bão hòa
Xác định hàm lượng phosphorus, chỉ số PV, %FFA, OD (mật độ quang) của dầu
Bổ sung than hoạt tính Gia nhiệt
Để thực hiện quy trình, đầu tiên, 100g dầu sau khi tẩy trắng được đưa về nhiệt độ 25°C Sau đó, thêm 40ml n-butanol và làm lạnh hỗn hợp về 0°C trong 12 giờ Tiếp theo, tiếp tục làm lạnh xuống -18°C và tiến hành ly tâm để loại bỏ phần cặn (sáp dầu).
Mục đích: loại bỏ mùi tanh của dầu, dung môi, đuổi nước trong dầu
Cách thực hiện: 100g dầu đã đông hóa và tách sáp cho vào bình cầu và tiến hành cô quay chân không ở áp suất p2mmHg, nhiệt độ 150 o C trong vòng 30 phút.
Các phương pháp phân tích
2.4.1 Xác định hàm lượng phosphorus có trong dầu
Hàm lượng phosphorus trong dầu được xác định theo TCVN 9516:2012
Nguyên tắc: Phosphorus trong dầu đã tro hóa được xác định bằng phương pháp đo quang phổ sau khi tạo phức với thuốc thử molybdovanadat
Hòa tan 20g amoni molybdat trong 200ml nước nóng rồi làm nguội
Hòa tan 1.0g amoni metavanadat trong 125ml nước nóng, sau đó để nguội và thêm 160ml HCl đặc (nồng độ từ 36.5% đến 3%) Tiến hành thêm từng lượng dung dịch molybdat vào dung dịch vanadat trong khi khuấy đều, rồi pha loãng bằng nước cho đến tổng thể tích 1 lít.
Dung dịch chuẩn gốc (nồng độ phospho 2g/l)
Cân 8.7874 g kali dihydro phosphat (KH2PO4), đã sấy 2 giờ ở nhiệt độ 105 o C Chuyển định lượng kali dihydro phosphat vào bình định mức 1 lít và thêm khoảng 750ml nước để hòa tan Thêm nước đến vạch Bảo quản dung dịch đã pha trong tủ lạnh
Dung dịch chuẩn làm việc (nồng độ phospho 0.1g/l)
Pha loãng 50ml dung dịch chuẩn gốc bằng nước trong bình định mức 1 lít và thêm nước đến vạch Nên chuẩn bị dung dịch trong ngày sử dụng và bảo quản dung dịch đã pha trong tủ lạnh để đảm bảo chất lượng.
Cân chính xác 5g dầu và cho vào cốc nung Đun dầu trên bếp điện cho đến khi hoàn toàn tro hóa, khoảng 8 giờ Sau đó, nung dầu trong lò ở 600 o C cho đến khi không còn carbon, mất khoảng 6 giờ Để nguội, chuyển dung dịch thu được vào bình định mức 100ml và thêm nước đến vạch.
Chuyển 0; 5; 8; 10 và 15 ml dung dịch chuẩn vào bình định mức 100ml, sau đó lấy 10ml từ mỗi bình cho vào bình định mức 100ml Các bình này sẽ chứa phospho tương ứng 0; 0.05; 0.08; 0.1 và 0.15mg Thêm 20ml thuốc thử molybdovanadat vào mỗi bình, sau đó thêm nước đến vạch và trộn đều Để yên trong 10 phút để phản ứng màu xảy ra hoàn toàn, sau đó đo độ hấp thụ ở bước sóng 400nm Sử dụng hồi quy tuyến tính để tính nồng độ phospho của từng mẫu thử.
Lấy 20ml dung dịch thử cho vào bình định mức 100ml, sau đó thêm 20ml thuốc thử molybdovanadat Tiếp theo, thêm nước đến vạch định mức và trộn đều Cuối cùng, để yên các bình trong một thời gian nhất định.
10 phút để phản ứng màu xảy ra hoàn toàn, sau đó đo độ hấp thụ của dung dịch thử
Từ độ hấp thụ đo được, xác định khối lượng phospho trong dung dịch thử dựa trên đường chuẩn tuyến tính hoặc phương trình hồi quy tuyến tính
Dựa vào phương trình đường chuẩn, ta có thể dễ dàng tính được hàm lượng phosphorus có trong dầu theo công thức:
Hàm lượng phosphorus (X) trong dầu được đo bằng miligam trên lít (mg/l), trong khi khối lượng phospho trong dung dịch thử (w1) được tính bằng miligam (mg) Ngoài ra, khối lượng của phần mẫu thử (w) được xác định bằng gam (g).
V1 là thể tích dung dịch thử được lấy để đưa vào bình định mức 100 ml (V1 = 20ml);
V2 là dung tích bình định mức (V2 = 100ml);
1000hệ số chuyển đổi từ gam sang kilogam hoặc từ mililit sang lít; d là khối lượng riêng của mẫu dầu, tính bằng gam trên mililit (g/ml);
2.4.2 Xác định chỉ số acid
Chỉ số acid là thước đo mức độ thủy phân của dầu, được xác định bằng số mg KOH cần thiết để trung hòa các acid béo tự do trong 1g dầu Đây là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng của chất béo.
Chỉ số acid được xác định theo S.S Nielsen, 2010
Cân 5 g mẫu đã tan chảy cho vào bình Erlenmeyer 250 ml Thêm 100 ml ethanol và
Để thực hiện thí nghiệm, hãy sử dụng 2 ml chỉ thị phenolphtalein và lắc đều để hòa tan hoàn toàn Sau đó, tiến hành chuẩn độ với dung dịch NaOH 0.1N cho đến khi xuất hiện màu hồng nhẹ, giữ màu này trong 30 giây Ghi lại lượng dung dịch đã sử dụng Lặp lại quy trình từ bước 1 đến 3 một cách cẩn thận ba lần, đồng thời ghi lại trọng lượng của mẫu và thể tích dung dịch sử dụng trong mỗi lần.
Chỉ số acid của dầu được xác định bằng phần trăm acid béo tự do, tính theo acid oleic Công thức tính % chỉ số acid giúp đánh giá chất lượng dầu một cách chính xác.
%FFA: Phần trăm acid béo tự do (g/100g), tính theo oleic acid (g/100g);
V: Thể tích NaOH 0.1N chuẩn dùng chuẩn độ hỗn hợp dầu (ml);
N: Nồng độ dung dịch NaOH chuẩn (mol/1000ml);
282: Khối lượng mol của acid oleic (g/mol);
2.4.3 Xác định chỉ số peroxide (PV)
Chỉ số peroxide đo lường lượng iod tách ra từ KI trong 100g dầu mỡ, phản ánh mức độ oxy hóa của chúng Khi chỉ số peroxide cao, chất lượng dầu mỡ sẽ giảm sút.
Chỉ số peroxide được xác định theo S.S Nielsen, 2010
Cân 5 g mẫu đã tan chảy cho vào bình Erlenmeyer 250 ml Thêm 30 ml hỗn hợp của dung dịch acid acetic và dung dịch chloroform, lắc để hòa tan Thêm 0.5 ml dung dịch KI bão hoà Giữ đứng và thỉnh thoảng lắc trong 1 phút Thêm 30 ml dd nước Lắc các mẫu với dung dịch Natri thiosulfate Na2S2O3 0,1 N đến khi màu vàng gần như biến mất Thêm 0,5 ml dung dịch tinh bột 1% và tiếp tục chuẩn độ, lắc mạnh để phóng tất cả iốt từ lớp chloroform, cho đến khi màu xanh biến mất Ghi lại lượng dung dịch được sử dụng Chuẩn độ tương tự với mẫu trắng (không chưa dầu) Ghi lại lượng dung dịch được sử dụng
Chỉ số peroxide được xác định theo công thức sau:
PV: giá trị peroxide của dầu (mEq/kg);
S: Thể tích Na2S2O3 0,1 N dùng để chuẩn độ mẫu dầu (ml);
B: Thể tích Na2S2O3 0,1 N dùng để chuẩn độ mẫu trắng (ml);
N: Nồng độ dung dịch Na2S2O3 chuẩn (mEq/ml);
1000: hệ số chuyển đổi từ gam sang kilogam;
2.4.4 Xác định chỉ số iod (IV)
Chỉ số iod là lượng gam iod cần thiết để làm bão hòa các nối đôi của acid béo trong 100g dầu mỡ, từ đó đánh giá mức độ chưa no của chúng.
Chỉ số iod được xác định theo phương pháp của Nguyễn Thị Hiền (2010) bằng cách cân 0.5 g mẫu đã tan chảy vào bình Erlenmeyer 250 ml Tiếp theo, thêm 5ml ete etylic để hòa tan chất béo, sau đó cho 25ml dung dịch ICl trong HCl 0.2N vào, lắc đều và để yên trong 15 phút Sau đó, bổ sung 10ml dung dịch KI 10% và 50ml nước cất Định phân iod giải phóng bằng dung dịch Na2S2O3 0.1N cho đến khi đạt màu vàng rơm Cuối cùng, thêm 1ml dung dịch hồ tinh bột 1% và 3ml chloroform để giải phóng iod hấp thụ trên chất béo, đồng thời lắc mạnh trong quá trình định phân và thực hiện thí nghiệm kiểm chứng trên mẫu trắng.
Chỉ số iod tính theo công thức sau:
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét các thông số quan trọng liên quan đến việc định phân mẫu thí nghiệm Cụ thể, a đại diện cho số ml dung dịch Na2S2O3 0.1N được sử dụng cho mẫu thí nghiệm, b là số ml dung dịch Na2S2O3 0.1N dùng cho mẫu kiểm chứng, và f là hệ số hiệu chỉnh nồng độ của dung dịch Na2S2O3 0.1N được áp dụng.
0.01269: số gram iod tương ứng với 1ml dung dịch Na2S2O3 0.1N;
2.4.5 Các phương pháp phân tích khác
- Thành phần acid béo được xác định theo AOAC 2012 (969.33)
- Hàm lượng sắt trong dầu được xác định theo TCVN 6352:1998
- Nhiệt độ nóng chảy của dầu được xác định theo TCVN 6119:1996
- Chỉ số khúc xạ của dầu được xác định theo TCVN 2640:1999
- Độ ẩm được trong dầu xác định theo TCVN 6120:2007
Phương pháp toán học
Các thí nghiệm được lặp lại 3 lần
Kết quả thu được từ các thí nghiệm được xử lý bằng phương pháp phân tích phương sai ANOVA trên phần mềm Minitab 17
33Các đồ thị được thực hiện trên phần mềm Microsoft Excel 2013
KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
Quá trình trích ly dầu thô từ mỡ cá tra
Dầu thô trích ly từ mỡ cá tra, sau đó được xác định một số chỉ tiêu hóa lý Kết quả phân tích được trình bày ở bảng 3.1
Bảng 3 1: Một số chỉ tiêu hóa lý của dầu thô trích ly từ mỡ cá tra
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Dầu thô Yêu cầu về dầu cá thô
1 Độ ẩm và chất bay hơi % 0,07 0,5-1
2 Axit béo tự do %Oleic 0,64 1-7
3 Chỉ số Peroxit Meq O2/kg 3,50 3-20
5 Chỉ số xà phòng mgKOH/g 158,00 -
Chỉ số khúc xạ nD/28.2 o C 1,45 -
12 Hàm lượng phosphorus Mg/kg 18 5-100
13 Hàm lượng sắt Mg/kg 0,4 ** 0,5-7
Các chỉ tiêu chất lượng của mẫu dầu cá thô đã được so sánh với yêu cầu của Bimbo năm 1998 Kết quả phân tích cho thấy các chỉ số đều nằm trong giới hạn yêu cầu, với độ ẩm dầu khá thấp (0,07%), điều này cho thấy ảnh hưởng của hàm lượng nước đến chất lượng dầu trong quá trình bảo quản là không đáng kể Chỉ số peroxit được ghi nhận là 3,5 meq.
O2/kg) cho thấy dầu cá đã có một phần acid béo bị oxy hóa, điều này làm tăng cơ sở cho quá
Nhiệt độ nóng chảy của dầu cá thô nghiên cứu là 33,8 °C, gần tương đương với mỡ lợn (35-45 °C) nhưng cao hơn nhiều so với dầu thực vật như dầu hướng dương (16-18 °C) Bên cạnh đó, nhiệt độ đông đặc của dầu cá thô cũng khá cao (24 °C), dẫn đến việc dầu cá thường đông lại ở nhiệt độ phòng Dầu cá thô còn mang mùi tanh đặc trưng, vì vậy quá trình tinh luyện là cần thiết để cải thiện các tính chất cảm quan, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng.
Ngoài ra, thành phần acid béo của dầu cá thô cũng được xác định theo phương pháp AOAC 2012 (969.33) Kết quả được trình bày ở bảng 3.2
Bảng 3 2 Thành phần acid béo của dầu thô
STT Acid béo Tên thông thường Dầu thô
(% trên tổng số acid béo)
Tổng acid béo bão hòa (%) 43,2
Tổng acid béo không bão hòa (%) 56,8
Theo bảng (3.2), dầu thô cá tra chủ yếu chứa acid béo chuỗi dài từ 16 đến 22 nguyên tử carbon, bao gồm cả dạng bão hòa và không bão hòa.
Hàm lượng acid béo bão hòa trong dầu chiếm 43,2%, thấp hơn nhiều so với dầu dừa với 90,86% Acid béo không bão hòa chiếm ưu thế với 56,8% tổng lượng acid béo, trong đó tỷ lệ acid béo có một nối đôi như palmioleic, oleic, erucic và paullinic acid chiếm gần 75% Ngoài ra, một số acid béo đa nối đôi có giá trị cao như Linoleic, Eicosadienoic, Dihomo-γ-linolenic và γ-Linolenic acid chiếm 25% lượng acid béo không bão hòa còn lại.
Hàm lượng acid oleic (C18:1) trong dầu này chiếm tới 39,9% tổng số acid béo, vượt trội so với các loại dầu thực vật khác như dầu dừa chỉ có 6,27% và dầu đậu nành với 22,3% tổng số acid béo.
Ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ (%, v/w) citric acid nồng đồ 3% đến quá trình khử gum 36 1 Ảnh hưởng của tỷ lệ citric acid nồng độ 3% đến hàm lượng phosphorus ở 70 o C
Quá trình khử gum nhằm loại bỏ các hợp chất phospholipid, và kết quả của quá trình này được đánh giá qua sự thay đổi hàm lượng phosphorus còn lại trong dầu.
Hàm lượng phosphorus trong dầu được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 9516:2012, sử dụng phương pháp đường chuẩn với các hàm lượng phosphorus đã biết Kết quả mật độ quang được trình bày trong bảng 3.3.
Bảng 3 3 Mật độ quang để dựng đường chuẩn đo phosphorus
Từ bảng kết quả (bảng 3.3), xây dựng đường chuẩn bằng phần mềm Microsoft Excel
2013 Đồ thị đường chuẩn (hình 3.1) có phương trình tuyến tính là y = 0.8739x + 0.0529 (R 2 = 0.9964)
Hàm lượng phosphorus trong mẫu dầu cá sẽ được xác định dựa trên giá trị mật độ quang đo.
Sự ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ citric acid sử dụng trong quá trình khử gum đến hàm lượng phosphorus trong dầu được thể hiện trên hình 3.2
Hình 3 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ citric acid đến hàm lượng phosphorus
Theo đồ thị (hình 3.2), khi tỷ lệ axit citric tăng từ 1-3% và nhiệt độ tăng từ 60-80 oC, hàm lượng phosphorus trong dầu giảm dần Tuy nhiên, khi tỷ lệ axit citric đạt 5% và nhiệt độ tăng cao từ 80-95 oC, hàm lượng phosphorus có xu hướng tăng Đặc biệt, mẫu dầu xử lý với 3% axit citric ở 70 oC cho thấy hàm lượng phosphorus giảm thấp nhất, cho thấy rõ sự ảnh hưởng của các yếu tố này.
Hàm lượng phosphorus, mg/kg
H àm lượn g p h o sp h o ru s (m g/kg)
38 nhiệt độ và tỷ lệ citric acid 3% đến quá trình khử gum Điều này được trình bày cụ thể dưới đây
3.2.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ (%, v/w) citric acid nồng độ 3% đến hàm lượng phosphorus ở 70 o C
Sự biến đổi hàm lượng phosphorus trong quá trình khử gum ở 70 o C
Khi xử lý ở cùng một điều kiện (70 o C) và thay đổi tỷ lệ citric acid thì hàm lượng phosphorus cũng thay đổi theo Điều này được thể hiện ở 3.4
Bảng 3 4 Sự thay đổi hàm lượng phosphorus trong quá trình khử gum ở nhiệt độ 70oC khi thay đổi tỷ lệ citric acid nồng độ 3%
( a-c Những giá trị có chữ cái khác nhau là khác khác có ý nghĩa thống kê (p < 0.05))
Kết quả phân tích cho thấy, việc xử lý citric acid với tỷ lệ 1%, 3%, và 5% đã làm giảm đáng kể hàm lượng phosphorus trong dầu cá sau khi khử gum, từ 18,010 mg/kg ở dầu thô xuống còn 8,314 mg/kg Đặc biệt, khi sử dụng citric acid 3% với tỷ lệ 3% khối lượng dầu thô, hàm lượng phosphorus đạt mức thấp nhất là 8,248 mg/kg Mặc dù tăng tỷ lệ citric acid lên 5% nhưng hàm lượng phosphorus trong dầu không có sự thay đổi có ý nghĩa thống kê.
Kết quả nghiên cứu của chúng tôi tương tự như nghiên cứu của Hendrik Johan Ringers (1977) về dầu triglyceride Nhóm tác giả đã áp dụng axit citric để giảm đáng kể hàm lượng phosphorus từ 124 mg/kg trong dầu thô xuống chỉ còn 22 mg/kg.
Sự biến thiên hàm lượng phosphorus trong dầu cá có thể giải thích bằng sự kết hợp giữa citric acid và các NHP, tạo thành phức hợp giữa gốc citric acid và ion kim loại hóa trị II (Ca, Mg) từ muối của acid PA và PE, làm tăng độ phân cực và giảm độ hòa tan trong dầu Tuy nhiên, khi tăng hàm lượng acid trong quá trình khử gum, hàm lượng phosphorus không thay đổi có ý nghĩa thống kê, do đó tỷ lệ citric acid bổ sung được khuyến nghị là 3% cho các giai đoạn tiếp theo trong quy trình tinh luyện dầu cá.
3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình khử gum đến chất lượng dầu cá a Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng phosphorus
Dầu cá đã được khử gum bằng cách sử dụng 3% axit citric trong thời gian 5 phút ở các nhiệt độ khác nhau Sau quá trình khử gum, hàm lượng phosphorus trong dầu cá được xác định và kết quả phân tích được trình bày trong bảng 3.5.
Bảng 3 5 Sự thay đổi hàm lượng phosphorus trong quá trình khử gum với tỷ lệ 3% citric acid khi thay đổi nhiệt độ
Kết quả phân tích cho thấy, khi khử gum bằng axit citric 3%, hàm lượng phosphorus trong dầu thô giảm từ 18,01 mg/kg xuống 8,25 mg/kg ở 70 o C, đạt giá trị thấp nhất Tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ khử gum lên 80 o C – 95 o C, hàm lượng phosphorus trong dầu có sự thay đổi nhưng không có ý nghĩa thống kê.
Kết quả nghiên cứu của chúng tôi cũng tương đồng với nghiên cứu của Egbuna S O,
Nghiên cứu của Egbuna S O (2015) đã khảo sát quá trình khử gum trong dầu cọ ở nhiệt độ từ 40 o C đến 120 o C Kết quả cho thấy, tại nhiệt độ 80 o C, hàm lượng phosphorus trong dầu cọ đạt giá trị thấp nhất là 0,15 mg/kg PO4.
Sự thay đổi hàm lượng phosphorus trong dầu cá phụ thuộc vào nhiệt độ trong quá trình khử gum Ở nhiệt độ thấp, độ nhớt của dầu cao hơn, dẫn đến sự linh động kém giữa các phân tử citric acid và acid béo, làm giảm khả năng phản ứng và tạo ra dung dịch keo Khi nhiệt độ tăng lên 70°C, các phân tử dầu trở nên linh động hơn, làm yếu đi các liên kết với phospholip, protein và sáp, cũng như giảm sức mạnh của các liên kết ion kim loại hóa trị II với muối acid PA và PE Nhiệt độ cao cũng giúp các phân tử citric acid phân tán đều hơn trong dầu, tăng cường khả năng tương tác với các ion kim loại.
Nhiệt độ tăng cao có thể làm cho dung dịch keo phân tán thành huyền phù, dẫn đến giảm hiệu suất trong quá trình khử gum khi ly tâm Điều này xảy ra sau khi các dung dịch keo được tách ra khỏi dầu, giúp giảm đáng kể hàm lượng phosphorus (Campbell, 1983).
Nhiệt độ tối ưu cho quá trình khử gum được chọn là 70 o C, và điều kiện này sẽ được áp dụng trong các giai đoạn tinh luyện dầu cá sau đó Trong quá trình khử gum, một số chỉ tiêu chất lượng của dầu cá sẽ thay đổi khi sử dụng 3% citric acid với nồng độ 3%.
Trong quá trình khử gum bằng axit citric 3% với tỷ lệ 3% khối lượng dầu thô, một số chỉ tiêu chất lượng của dầu cá như FFA, PV và IV được đánh giá dưới các điều kiện nhiệt độ khác nhau (60°C, 70°C) Các chỉ tiêu này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng và tính an toàn của dầu cá sau khi xử lý.
80 và 95 o C) được xác định Kết quả phân tích được trình bày ở bảng 3.6
Bảng 3 6 Một số chỉ tiêu của dầu cá (FFA, PV, IV) trong quá trình khử gum chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ
( a-c _ Những giá trị có chữ cái khác nhau là khác khác có ý nghĩa thống kê (p < 0.05))
Kết quả phân tích cho thấy sau quá trình khử gum, các chỉ số PV và IV không thay đổi có ý nghĩa thống kê Tỷ lệ acid béo tự do cũng không thay đổi đáng kể khi nhiệt độ tăng từ 60 o C đến 80 o C, nhưng khi nhiệt độ đạt 95 o C, tỷ lệ này tăng lên 0,73% Ở nhiệt độ thấp, độ nhớt cao hạn chế sự tiếp xúc giữa citric acid và dầu, dẫn đến việc acid béo tự do không được kéo theo thành phần kết tủa Khi nhiệt độ tăng lên 70 o C, độ nhớt giảm, làm tăng sự tiếp xúc giữa acid và dầu, khiến %FFA giảm so với dầu thô Tuy nhiên, khi nhiệt độ đạt 80 o C và 95 o C, chỉ số acid bắt đầu tăng do hiện tượng thủy phân xảy ra ở nhiệt độ cao.
Ảnh hưởng của tỷ lệ (% w/w) than hoạt tính đến quá trình tẩy màu dầu cá
Để loại bỏ peroxide, các sản phẩm oxy hóa, sắc tố màu và phospholipid còn lại, mẫu dầu nghiên cứu sau quá trình trung hòa được xử lý bằng than hoạt tính với tỷ lệ từ 1-5% khối lượng dầu cá đã trung hòa, trong điều kiện khuấy đảo liên tục dưới môi trường chân không.
70 o C Các chỉ tiêu hóa lý (PV, Phosphorus, OD, IV, FFA) của dầu cá sau quá trình tẩy màu được xác định Kết quả phân tích được trình bày ở bảng 3.7
Bảng 3 7 Một số chỉ tiêu hóa lý của dầu trong quá trình tẩy màu tỷ lệ than hoạt tính
5 4,22±0,20 d 1,90±0,06 d 0,23±0,05 e 65,98±0,15 a 0,21±0,01 a ( a-c _Những giá trị có chữ cái khác nhau là khác khác có ý nghĩa thống kê (p < 0.05))
Kết quả phân tích cho thấy rằng sau quá trình tẩy màu, các chỉ số FFA và IV không có sự thay đổi có ý nghĩa về mặt thống kê Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng chỉ ra sự ảnh hưởng của than hoạt tính đến hàm lượng phosphorus trong dầu cá.
Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng phosphorus trong dầu cá giảm khi tỷ lệ than hoạt tính tăng Tuy nhiên, khi tỷ lệ than hoạt tính tăng từ 3% đến 5% (%, w/w), hàm lượng phosphorus không thay đổi có ý nghĩa thống kê.
Kết quả nghiên cứu của chúng tôi tương đồng với nghiên cứu của Hal E M và cộng sự (1979) về việc sử dụng than hoạt tính trong tẩy màu dầu đậu nành Cụ thể, hàm lượng phosphorus còn lại sau quá trình tẩy màu giảm từ 71,5 mg/kg xuống 1,2 mg/kg khi tỷ lệ than hoạt tính tăng từ 0% đến 10% khối lượng dầu đậu nành.
Sự thay đổi hàm lượng phosphorus có thể được giải thích qua cơ chế hấp thụ của than hoạt tính Cấu trúc hạt than hoạt tính với các lỗ rỗng cho phép các phân tử dầu xâm nhập vào bên trong khi tiếp xúc trong môi trường chân không và khuấy liên tục Kết quả là, một phần phospholipid và các tạp chất sẽ được loại bỏ sau quá trình ly tâm cùng với than hoạt tính.
42 b Ảnh hưởng của than hoạt tính đến chỉ số PV của dầu cá
Kết quả phân tích cho thấy, chỉ số PV trong dầu cá giảm khi tỷ lệ than hoạt tính tăng Tuy nhiên, khi tỷ lệ than hoạt tính được tăng từ 4% đến 5% (%, w/w), sự thay đổi của chỉ số PV không có ý nghĩa thống kê.
Kết quả nghiên cứu của chúng tôi phù hợp với nghiên cứu của Hal E M và cộng sự (1979) về việc sử dụng than hoạt tính trong tẩy màu dầu đậu nành Cụ thể, chỉ số PV sau tẩy màu giảm từ 5 meq/g xuống 0,2 meq O2/kg khi tỷ lệ than hoạt tính tăng từ 0% đến 10% khối lượng dầu đậu nành.
Sự biến thiên giá trị PV của dầu đã đc A J.Dijkstra và J C Segers (2007), Moore
Than hoạt tính có khả năng phân hủy peroxide trong dầu, chuyển hóa chúng thành aldehyde và cetone, giúp loại bỏ các hợp chất này nhờ vào quá trình oxy hóa triacylglycerols Các hợp chất bay hơi dễ dàng và được hấp phụ vào bề mặt than, sau đó được loại bỏ thông qua quá trình ly tâm tách than khỏi dầu.
Kết quả phân tích cho thấy rằng, khi hàm lượng than hoạt tính tăng lên, độ hấp thu (OD) của dầu giảm Tuy nhiên, khi tỷ lệ than hoạt tính tăng từ 4% đến 5% (%, w/w), sự thay đổi của OD không có ý nghĩa thống kê.
Nghiên cứu của chúng tôi tương đồng với nghiên cứu của Budi H S (2004) về ảnh hưởng của tỷ lệ than hoạt tính đến màu sắc của dầu cọ Kết quả cho thấy mật độ quang (OD) còn lại sau quá trình tẩy màu giảm dần từ 0.84 xuống 0.104 khi tăng tỷ lệ than hoạt tính từ 0% đến 2,5% khối lượng dầu cọ.
Tỷ lệ than hoạt tính trong quá trình tẩy trắng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất thu hồi dầu, với tổn thất dầu thường từ 20-40%, và tăng lên khi tỷ lệ than hoạt tính cao Để đảm bảo chất lượng và số lượng dầu trong quá trình tinh luyện dầu cá, chúng tôi đã chọn tỷ lệ than hoạt tính là 4% Tại tỷ lệ này, hàm lượng phosphorus đạt 4,31 mg/kg, PV là 1,98 meq O2/kg và OD là 0,26, tương đồng với nghiên cứu của Hal L M (1979) trên dầu thực vật.
Sự thay đổi chất lượng dầu cá tra qua các giai đoạn của quá trình tinh luyện
Dầu thô trích ly được từ mỡ cá tra trải qua các giai đoạn của quá trình tinh luyện
Các chỉ tiêu chất lượng của dầu cá (FFA, PV, IV, hàm lượng Phosphorus) được xác định Kết quả phân tích được trình bày ở trong bảng 3.8
Bảng 3 8 Sự thay đổi chất lượng dầu cá tra qua các giai đoạn của quá trình tinh luyện
Mật độ quang (OD) Dầu thô 0,640,03 a 3,540,13 a 62,630,56 a 18,010,81 a 0,910,00 a Khử gum 0,600,03 a 3,640,28 a 62,960,15 a 8,280,17 b 1,260,05 b Trung hòa 0,280,05 b 3,570,20 a 64,160,68 b 7,560,24 b 0,840,01 c
Tẩy trắng 0,220,02 bc 1,980,01 b 65,840,12 c 4,31 0,04 c 0,260,02 d Đông hóatách sáp 0,190,02 c 2,000,18 b 67,300,38 d 3,930,33 c 0,250,01 d Khử mùi 0,070,01 d 2,660,12 c 66,850,68 dc 3,830,17 c 0,520,00 e a-c: Những giá trị có chữ cái khác nhau là khác khác có ý nghĩa thống kê (p < 0.05))
Kết quả phân tích (bảng 3.8) cho thấy các chỉ số chất lượng (FFA, PV, IV, hàm lượng Phosphorus) đều có thay đổi từng giai đoạn xử lý
Chỉ số FFA đã giảm từ 0,64% oleic xuống còn 0,07% oleic do phản ứng trung hòa giữa dung dịch kiềm (NaOH) và citric acid dư thừa cùng với acid béo tự do trong dầu Quá trình trung hòa này đã làm giảm đáng kể tỷ lệ acid béo tự do Sau khi khử mùi, tỷ lệ acid béo còn lại là 0,07% oleic, kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây của Rosemar A (1998), Budi H S (2004), và Egbuna S O (2015).
Kết quả chỉ số peroxide cho thấy mức độ oxy hóa của dầu cá, với chỉ số này tăng từ 3,55 meq O2/kg đến 3,98 meq O2/kg trong quá trình khử gum và trung hòa, sau đó giảm mạnh xuống còn 1,98 meq O2/kg trong quá trình tẩy màu Tuy nhiên, chỉ số peroxide lại tăng lên đến 2,66 meq O2/kg sau giai đoạn khử mùi Những kết quả này tương đồng với các nghiên cứu trước đây của M Victoria Ruíz-Méndez (2017) và Egbuna S O (2015).
Phân tích cho thấy hàm lượng phosphorus trong dầu giảm qua các giai đoạn tinh chế, đặc biệt giảm mạnh nhất sau giai đoạn khử gum Ở các giai đoạn khác, mức giảm là không đáng kể, với hàm lượng phosphorus cuối cùng đạt 3.83 mg/kg Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu trước đây của Egbuna S.O (2015) và M Victoria Ruíz-Méndez.
Kết quả giá trị màu được đo bằng chỉ số mật độ quang (OD) thay đổi qua các quá trình, phù hợp với nghiên cứu của Crexi và cộng sự (2010) Sự thay đổi này là do quá trình tẩy trắng với các chất hấp phụ loại bỏ tạp chất như màu sắc, kim loại, phospholipid và sản phẩm oxy hóa (Rossi và cộng sự, 2003) Trong quá trình khử mùi, chỉ số OD tăng do oxy hóa các thành phần không màu hoặc sắc tố màu bị biến đổi bởi nhiệt độ cao Sự tăng cường màu xảy ra do tích tụ các sản phẩm phân hủy không bay hơi như triacylglycerols (Antoniassi và cộng sự, 1998).
Dầu cá tra tinh luyện
3.5.1 Hiệu suất thu hồi dầu trong quá trình tinh luyện
Hiệu suất thu hồi sản phẩm là yếu tố quan trọng mà các nhà sản xuất cần quan tâm, vì nó giúp đánh giá tính khả thi của dự án và quyết định đầu tư cho sản xuất Trong quá trình tinh luyện dầu cá tra, chúng tôi đã thực hiện tính toán hiệu suất thu hồi dầu từ mỡ cá tra ban đầu, và kết quả được trình bày tại bảng 3.9.
Bảng 3 9 Hiệu suất thu hồi dầu tại các công đoạn tinh luyện dầu
Giai đoạn Hiệu suất thu hồi (%) Tổn thất (%)
Tẩy trắng 77 23 Đông hóa và tách sáp 74 26
(Lưu ý: hiệu suất thu hồi được tính toán so với quá trình trước nó.)
Theo bảng 3.9, hiệu suất thu hồi dầu sau quá trình tinh luyện đạt 15,87%, tức là từ 100g mỡ cá tra nguyên liệu, ta thu được 15,87g dầu cá tinh luyện.
3.5.2 Chất lượng dầu thô với với dầu tinh luyện
Kết quả phân tích của các chỉ tiêu hóa lý của dầu cá tra tinh luyện được được trình bày trong bảng 3.10
Bảng 3 10 Các chỉ tiêu hóa lý của dầu tinh luyện
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính
Dầu thô Dầu tinh luyện
Yêu cầu về dầu cá tinh luyện (Bimbo, 1998)
1 Độ ẩm và chất bay hơi % 0,07 0,04 0.5-1
2 Axit béo tự do %Oleic 0,64 0,07 1-7
5 Chỉ số xà phòng mgKO
Chỉ số khúc xạ nD/28.
12 Hàm lượng phosphorus Mg/kg 18,00 3,84 5-100
13 Hàm lượng sắt Mg/kg 0,40 ** 0,32 ** 0.5-7
(**) Các chỉ tiêu được đo ở các trung tâm phân tích
Các chỉ tiêu chất lượng của mẫu dầu cá tinh luyện được so sánh với yêu cầu của Bimbo năm 1998 cho thấy các chỉ số đều đạt tiêu chuẩn Độ ẩm của dầu rất thấp (0,04%), giúp bảo quản hiệu quả và ngăn ngừa biến đổi chất béo do nước Ngoài ra, quá trình khử mùi đã đạt hiệu quả tốt Hàm lượng phosphorus (3,84 mg/kg dầu) và sắt (0,33 mg/kg dầu) trong mẫu dầu tinh luyện rất thấp, đảm bảo chất lượng dầu và ngăn chặn các phản ứng oxy hóa.
Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng axit citric và than hoạt tính trong quá trình tinh luyện dầu cá mang lại hiệu quả cao, với nhiệt độ đông đặc của mẫu dầu đạt -2 o C, cho thấy khả năng loại bỏ FFA và các thành phần kết tinh Bên cạnh đó, nhiệt độ nóng chảy của dầu cá tinh luyện (10,2 o C) thấp hơn so với dầu thực vật như dầu hướng dương (16 o C), chứng tỏ quy trình tinh luyện hiệu quả.
Dầu cá tinh luyện của chúng tôi có khả năng ở thể lỏng ở nhiệt độ phòng (18 o C) nhờ vào nghiên cứu của Lê Doãn Diên và Vũ Thị Thu (1996) Chỉ số IV đạt 66,85 gI/100g cho thấy rằng các acid béo có nối đôi trong nguồn nguyên liệu khá hạn chế Điều này mở ra một hướng mới trong việc tinh luyện sản phẩm dầu ăn, giúp giảm thiểu khả năng oxi hóa trong quá trình bảo quản và chế biến.
Mẫu dầu cá tinh luyện đã được phân tích thành phần acid béo bằng phương pháp sắc kí khí theo tiêu chuẩn AOAC 2012 (969.33), và kết quả phân tích được trình bày trong bảng 3.11.
Bảng 3 11 Thành phần acid béo của dầu thô và dầu tinh luyện
STT Acid béo Tên thông thường Dầu thô (% trên tổng số acid béo)
Dầu tinh luyện (% trên tổng số acid béo)
Tổng acid béo bão hòa (%) 4,.2 40,3
Tổng acid béo không bão hòa (%) 5,.8 59,7
Kết quả từ Bảng 3.11 cho thấy thành phần acid béo trong dầu tinh luyện có sự thay đổi so với dầu thô từ cá tra, tuy nhiên, acid béo bất bão hòa vẫn chiếm ưu thế, với tỷ lệ 56,8% ở dầu thô và 59,7% ở dầu tinh luyện.
Dầu tinh luyện chứa hàm lượng acid béo không bão hòa cao hơn so với dầu thô, cho thấy rằng quá trình tinh luyện đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng dầu.
Dầu tinh luyện chứa hàm lượng acid oleic (C18:1) cao nhất, chiếm 42,5% tổng số acid béo, vượt trội so với dầu bông (17%), dầu dừa (5,8%), dầu đậu tương (22,8%) và dầu ngô (27,3%) Đặc biệt, dầu cá tinh luyện không chỉ có acid oleic mà còn chứa acid linoleic (C18:2) chiếm 12,5% và acid γ-Linolenic 0,5%, cao hơn so với dầu dừa Với tỷ lệ cao các acid béo thiết yếu, dầu cá có tiềm năng ứng dụng trong y học, giúp điều trị bệnh tim mạch, hạ huyết áp, giảm cholesterol và làm chậm quá trình lão hóa.
