giáo trình enzyme

Ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt, hầu hết các acid béo không bão hòa trong thực phẩm có cấu hình cis-; tuy nhiên quá trình tinh luyện dầu hay các quá trình tác động làm thay đổi đặc

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

MỤC LỤC

TRANG

CHƯƠNG I THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA DẦU MỠ 1

1.1 Tổng quan về dầu mỡ 1

1.2 Thành phần hóa học của dầu mỡ 2

1.2.1 Các thành phần chính 2

1.2.2 Các thành phần phụ 6

1 3 Tính chất lý hóa của dầu mỡ 11

1.3.1 Tính chất vật lý 11

1.3.2 Tính chất hóa học của dầu mỡ 11

1.4 Phân loại dầu mỡ thực phẩm 13

1.4.1 Nhóm chất béo sữa 13

1.4.2 Nhóm acid lauric (dầu dừa và dầu hạt cọ) 13

1.4.3 Nhóm bơ thực vật (bơ cacao) 13

1.4.4 Nhóm mỡ động vật (mỡ heo) 13

1.4.5 Nhóm dầu cá (dầu cá và dầu gan cá) 13

1.4.6 Nhóm acid oleic và acid linoleic (dầu olive, dầu cọ, dầu bắp, dầu hướng dương) 14

1.4.7 Nhóm acid linolenic (dầu đậu nành, dầu hạt lanh) 14

1.4.8 Nhóm acid erulic (C22:1) 14

1.4.9 Nhóm hydroxy acid 14

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU CHẾ BIẾN DẦU MỠ 15

2.1 Hạt chứa dầu (seed oils) 15

2.2 Cây chứa dầu (oils from oil-bearing trees) 20

2.3 Mỡ động vật (animal fats) 22

2.4 Dầu từ động vật biển (marine oils) 23

Chương 3 KHÁI QUÁT CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU THÔ 25

3.1 Sản xuất dầu từ hạt chứa dầu 25

3.1.1 Bảo quản và sơ chế hạt dầu 25

3.1.2 Giai đoạn tiền xử lý hạt dầu 32

3.1.3 Chưng sấy bột nghiền (gia công nhiệt ẩm) 38

3.1.4 Chiết tách dầu bằng quá trình ép 40

3.1.5 Chiết tách dầu bằng phương pháp trích ly 43

3.2 Sản xuất dầu từ thịt quả chứa dầu (fruit flesh oil, pulp oil) 50

3.2.1 Dầu cọ 50

3.2.2 Dầu olive 51

3.3 Tách chiết mỡ động vật 52

3.4 Dầu cá 52

CHƯƠNG 4 KỸ THUẬT TINH LUYỆN DẦU MỠ 54

4.1 Giới thiệu chung 54

4.2 Các công đoạn chính của quá trình tinh luyện 56

4.2.1 Các phương pháp tinh luyện cơ học 56

4.2.2 Thủy hóa dầu (degumming) 58

4.2.3 Tách sáp và đông hóa dầu 61

4.2.4 Trung hòa 63

4.2.5 Tẩy trắng 66

4.2.6 Khử mùi 68

4.3 Tiêu chuẩn của dầu mỡ thực phẩm 70

CHƯƠNG 5 CÁC QUÁ TRÌNH LÀM THAY ĐỔI ĐẶC TÍNH DẦU MỠ 73

5.1 Khái quát chung 73

5.2 Chiết phân đoạn và đông hóa dầu (Fractionation-Winterization) 74

5.2.1 Giới thiệu 74

5.2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình 74

5.2.3 Kỹ thuật chiết phân đoạn 75

5.2.4 Điều kiện thực hiện 76

5.2.5 Sản phẩm- Khả năng ứng dụng 77

5.3 Quá trình hydro hóa dầu (hydrogenation) 78

5.3.1 Giới thiệu 78

5.3.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình 78

5.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hydro hóa 80

5.4 Quá trình ester hóa nội phân tử (Interesterification) 82

CHƯƠNG 6 CÁC SẢN PHẨM TỪ DẦU MỠ 85

6.1 Giới thiệu chung 85

6.2 Margarine 85

6.3 Shortening 95

6.4 Mayonaise 96

6.5 Dầu chiên 98

6.6 Dầu salad 99

TÁI LIỆU THAM KHẢO 100

mỡ trong quá trình chế biến thức ăn vẫn đóng một vai trò hết sức quan trọng, mặc dù việc thay đổi tập quán ăn uống đã góp phần làm giảm sản lượng sản xuất và sử dụng thành phần này

Dầu mỡ được biết đến đầu tiên có lẽ từ đế chế Ai cập (năm 1400 trước CN), ngoài phục vụ cho ăn uống, việc sản xuất xà phòng từ dầu mỡ cũng đã được ứng dụng Ánh sáng ban đêm của người cổ đại cũng được tạo ra từ mỡ động vật chứa trong lọ và một ống sứa được sử dụng như bấc đèn ngày nay Người La Mã xưa cũng đã biết chế tạo nến từ mỡ động vật trộn với sáp ong Bên cạnh đó, rất nhiều thực vật cũng được sử dụng làm nguồn cung cấp dầu: dầu olive có nguồn gốc từ vùng Địa Trung Hải, hạt cải dầu được sử dụng phổ biến ở Châu Âu, dầu mè ở Ấn độ và đặc biệt, Trung quốc là quốc gia biết sử dụng dầu sớm nhất; cho đến ngày nay, dầu đậu nành vẫn được ưa chuộng ở nước này Hiện nay, có rất nhiều loại động thực vật cho dầu mỡ đã được khai thác, mỡ không chỉ thu được từ các động vật chủ yếu như heo, bò, cừu mà mỡ từ động vật biển cũng được quan tâm

Song song với quá trình sử dụng dầu mỡ, công nghệ chế biến dầu cũng rất phát triển:

từ khâu chiết tách thu dầu mỡ đến kỹ thuật tinh luyện giúp dầu mỡ có chất lượng cao hơn Tuy nhiên, bước ngoặt lớn giúp nền công nghiệp chế biến dầu mỡ phát triển gắn liền với việc ứng dụng máy nghiền ép dầu dạng con lăn của Smeaton vào năm 1752 Tiếp theo đó, công nghệ chiết tách dầu có kết hợp chưng sấy cũng bước đầu được nghiên cứu trong những năm 1795 (Brahma), 1800 (Neubauer), 1891 (Montgolfier) Deiss (1855) đã thử nghiệm trích ly dầu thành công từ dung môi là CS2, sau đó Irvine, Richardson và Lundy (1864) đã đưa ra phát minh cho việc sử dụng dung môi trích ly dầu là hydrocarbon và hiện vẫn còn được áp dụng Cùng với công nghệ chiết tách dầu, công nghệ tinh luyện dầu mỡ cũng được phát triển song song Thêm vào đó, các phương pháp kiểm định và đánh giá chất lượng của dầu mỡ cũng được nghiên cứu và ứng dụng: khái niệm về chỉ số acid (Merz, 1879), chỉ số xà phòng hóa (Koettstorfer, 1879), chỉ số iod (Huebl, 1879); việc ứng dụng phương pháp sắc ký trong xác định giá trị dầu mỡ cũng đã được ứng dụng từ năm 1906 (Tswett, sắc ký cột) và phát triển dần

1.2 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA DẦU MỠ

1.2.1 Các thành phần chính

(i) Các acid béo

Hợp chất béo có chứa các acid hữu cơ có số nguyên tử C trong mạch lớn hơn 4 được gọi là acid béo (fatty acid) Tùy thuộc vào chiều dài mạch carbon, các acid béo được chia làm 3 dạng chính: acid béo mạch ngắn (4-6 Carbon), acid béo mạch trung bình (8-

14 C) và acid béo mạch dài (≥ 16 C); ngoài ra, tùy thuộc vào liên kết giữa các nguyên

tử C trong mạch, acid béo cũng có thể được chia thành 2 loại chính: acid béo bão hòa

và acid béo chưa bão hòa Có hơn 10 loại acid béo được tìm thấy chủ yếu trong thực phẩm (bảng 1.1)

- Acid béo bão hòa: Thuật ngữ “bão hòa” được sử dụng để chỉ sự thỏa mãn về hóa

trị của nguyên tử C trong mạch acid (ngoài trừ C tạo nên gốc acid –COOH); nói cách khác, liên kết giữa các nguyên tử C trong mạch là liên kết đơn (liên kết σ)

Ký hiệu: Cx:0 với x: số nguyên tử C trong mạch

0: không có sự tồn tại của liên kết đôi (liên kết π)

- Acid béo không bão hòa: Các acid béo có chứa liên kết đôi trong mạch carbon

được gọi là acid béo không bão hòa Trong tự nhiên, lượng acid béo không bão hòa chiếm tỷ lệ rất lớn Hầu hết các acid béo có xu hướng hình thành liên kết đôi ở vị trí C số 9 và số 10 trong mạch Mặc dù vậy, sự hình thành các liên kết đôi không bão hòa này cũng có thể được tìm thấy ở tất cả các vị trí trên mạch C, điều này làm gia tăng đáng kể lượng đồng phân của acid béo không bão hòa Thêm vào đó, sự

xuất hiện của liên kết đôi cũng giúp cho việc hình thành cấu hình cis- và trans- của

acid béo, ảnh hưởng đến đặc tính sinh học của chúng Ngoại trừ một số trường hợp

đặc biệt, hầu hết các acid béo không bão hòa trong thực phẩm có cấu hình cis-; tuy

nhiên quá trình tinh luyện dầu hay các quá trình tác động làm thay đổi đặc tính dầu

mỡ (chế biến margarine, hydro hóa dầu) có thể làm chuyển đổi các acid béo không

bão hòa có cấu hình cis- thành dạng đồng phân hình học trans-, đây cũng chính là

mối nguy lớn cho việc gia tăng bệnh xơ vữa động mạch và bệnh tim

Ký hiệu:

Các acid béo không bão hòa có thể được ký hiệu theo hai hệ thống:

- Hệ thống 1: Cx:y, zc (hoặc zt) với: x: số nguyên tử C trong mạch

y: số liên kết đôi hiện diện z: vị trí của liên kết đôi trong mạch C (đánh

số bắt đầu từ C kế cận nhóm COOH)

c,t: cis- hay trans-

- Theo hệ thống EEC (End-of-Carbon-Chain): (Cx:y,ωm) hay (Cx:y,nm); khi đó ω

hay n: vị trí của liên kết đôi trong mạch C (đánh số ngược lại hệ thống 1, C1 là C

bắt đầu của mạch C- nhóm CH3)

Thí dụ:

CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-(CH2)6-COOH

- Theo danh pháp IUPAC: 9,12,15-Octadecatrienoic acid

- Tên thông thường: α-linolenic acid

- Ký hiệu theo hệ thống 1: C18:3,9c,12c,15c

- Ký hiệu hệ thống EEC: C18:3ω3 hay C18:3n3

Acid oleic (C18:1ω9) là acid béo có 1 nối đôi chiếm tỷ lệ lớn trong thành phần các

acid béo (hơn 50%), acid này được tìm thấy trong hầu hết các loại dầu thực vật cũng

Chiều dài mạch C (Cx:y, ωm)

Nhiệt độ nóng chảy ( o C)

- Acid béo không bão hòa mạch dài ω3 và ω6

Trong số các acid béo không bão hòa mạch dài, acid béo ω3 và ω6 là hai loại acid béo

cần thiết và có giá trị dinh dưỡng cao nhất; các nghiên cứu cho thấy cơ thể người và

thức ăn - dầu thực vật Acid linoleic (C18:2ω6) và acid α-linolenic (C18:3ω3) là hai acid quan trọng nhất đại diện cho nhóm này Các acid béo thuộc nhóm ω3 và ω6 cũng

có thể được hình thành nhờ vào quá trình biến đổi như kéo dài mạch carbon hay loại bão hòa (desaturation): acid arachidonic (AA, C20:4ω6), acid eicosapentaenoic (EPA, C20:5ω3), acid docosahexaenoic (DHA, C22:6ω3) (hình 1.1)

loại bão hòa (desaturase)

kéo dài mạch (elongase)

22:5ω6 22:6ω3

Hình 1.1 Các biến đổi hình thành acid béo không bão hòa mạch dài (polyunsaturated fatty acid)

Trong tự nhiên, AA cũng có thể tìm được trong thịt gà và một số động vật khác, EPA

và DHA cũng tồn tại với lượng lớn trong cá và một số hải sản khác

Các nghiên cứu gần đây đã cho thấy các acid béo không bão hòa mạch dài này được xem là một trong những acid béo cần thiết và quan trọng nhất nhờ vào sự hình thành các hợp chất có đặc tính sinh học (eicosanoid) của chúng, giúp vô hoạt khả năng sinh cholesterol trong cơ thể người Acid arachidonic được chuyển đổi nhờ enzyme thành các hợp chất như protaglandin, thromboxan, leukotrien giúp cơ thể người thực hiện một số chức năng sinh lý Thêm vào đó, các acid béo này còn có vai trò cần thiết cho

sự phát triển, là hợp chất căn bản cho việc thành lập thành tế bào cũng như hình thành hợp chất cấu trúc cần thiết của phospholipid

- Các acid béo có cấu trúc không đặc trưng (cấu trúc hiếm):

Bên cạnh các acid béo bão hòa và không bão hòa thường gặp, trong thực phẩm còn xuất hiện một lượng acid béo với cấu trúc ít gặp hơn Các acid này thường không có vai trò quan trọng trong thực phẩm, và chỉ tìm thấy ở một số nguồn đặc biệt, chủ yếu trong các loại rau Khác với các acid béo thông thường, các acid béo dạng này thường không có cấu trúc mạch thẳng, chuỗi hydrocarbon được hình thành từ một hay nhiều nhóm methyl và ethyl: acid béo mạch nhánh Các acid béo mạch nhánh hiện diện chủ yếu trong vi sinh vật và một lượng nhỏ được tìm thấy trong sữa và mỡ của động vật nhai lại (trâu, bò…) Trong số này, acid ricinoleic (12-hydroxy-9-octadecenoic acid) là hydroxy acid quan trọng nhất, đây là thành phần chính của dầu hải ly (castor oil)

(ii) Triglycerid

Triglycerid là sản phẩm được tạo thành từ phản ứng của một phân tử glycerol với ba (3) phân tử acid béo (hình 1.2) Tùy thuộc vào acid béo gắn vào các vị trí trên mạch C của glycerol sẽ xác định đặc tính và tính chất của triglycerid:

- Triglycerid đơn giản: tạo thành từ 3 acid béo giống nhau

- Triglycerid phức tạp: do acid béo khác nhau

Trên thực tế, dầu và mỡ đều là sản phẩm chủ yếu của triglycerid phức tạp Sự phân bố của acid béo trong cấu trúc triglycerid đã được khám phá và nghiên cứu trong một thời gian dài, rất nhiều học thuyết khác nhau về khả năng liên kết này đã được đề nghị:

- “Thuyết phân bố ngẫu nhiên”: sự phân bố acid béo vào các vị trí khác nhau

trong triglycerid hoàn toàn theo ngẫu nhiên

- “ Thuyết phân bố cân bằng”: các acid béo có khuynh hướng phân bố rộng rãi ở

tất cả các triglycerid

- “Thuyết phân bố ngẫu nhiên có giới hạn”: sự phân bố acid béo vào các vị trí

khác nhau trong triglycerid cũng theo quy luật ngẫu nhiên, tuy nhiên có một vài điểm giới hạn đặc biệt xảy ra trong dầu thực vật và mỡ động vật Thí dụ: ở dầu thực vật, các acid béo bão hòa có xu hướng ester hóa ở vị trí số 1 và 3; trong khi

sự gắn kết các acid này thường xảy ra ở vị trí số 2 trong mỡ động vật

Hình 1.2 Cấu trúc triglycerid

(iii) Các thành phần phụ

Các acid béo tự do và mono- , diglycerid

Trong dầu mỡ, ngoại trừ thành phần chính là triglycerid còn có sự hiện diện của một lượng nhất định acid béo tự do (không liên kết với glycerl) và mono- , diglycerid Trong cấu tạo của các mono- và diglycerid vẫn còn sự hiện diện của hai hay một nhóm hydroxyl (-OH), chúng được xem như dấu hiệu nhằm xác định sự tổng hợp không hoàn toàn triglycerid sinh học (quả chưa chín, hạt) hay dấu hiệu của quá trình phân giải lipid (lipolysis) sau thu hoạch do hoạt động của enzyme Tuy nhiên, ngoài vai trò như chất chỉ thị chất lượng, mono- và diglycerid còn có một vai trò quan trọng đặc biệt nhờ vào khả năng liên kết mạnh của nó với các phần tử thân dầu và thân nước; chính vì thế mono- và diglycerid được sử dụng như một chất nhũ hóa trong rất nhiều thực phẩm

Bên cạnh mono- và diglycerid, acid béo tự do là sản phẩm cuối trong quá trình phân giải lipid, là giảm chất lượng dầu cụng như sản phẩm thực phẩm

Phospholipid được phân thành 5 nhóm chính theo sự thay thế tự nhiên (X) trên acid glycerophosphoric:

(1) Phospholipidic acid (PA): không có thành phần thay thế

(2) Phospholipidyl ethanolamine (cephalin): PE

(3) Phospholipidyl choline (lecithine): PC

(4) Phospholipidyl serine: PS

(5) Phospholipidyl inositol: PI

Phospholipid là các hợp chất chứa dinh dưỡng dự trữ, cung cấp năng lượng cho các phản ứng trao đổi chất và tăng cường hô hấp của hạt Trong công nghệ thực phẩm, phospholipid được sử dụng rộng rãi như một chất nhũ hóa , tác nhân kết dính (anti-spattering) và làm giảm độ nhớt trong nhiều thực phẩm Nhiều hiệu quả đặc biệt của phospholipid đã được biết đến như ngăn cản hay chữa khỏi bệnh mất trí nhớ, viêm khớp và hàm lượng choloseterol trong máu cao Tuy nhiên, cho đến ngày nay, các ích lợi của phospholipid về mặt dinh dưỡng đã không được khoa học chứng minh

Trong hạt dầu, phospholipid nằm ở dạng liên kết phức tạp với glucid, protid và chỉ có khoảng 30% ở dạng tự do Do đặc tính tan trong chất béo, khi khai thác dầu thực vật,

phospholipid sẽ có mặt trong dầu

Hình 1.4 Cấu trúc của steran và sterol

Tùy theo nguồn gốc phát sinh, sterol được chia thành hai loại chính: sterol động vật (cholesterol) hay sterol thực vật (phytosterol: β-sitosterol) Hàm lượng sterol thay đổi trong khoảng từ 0,05-0,60% Cholseterol được xem như một trong những nguyên nhân chính gây nên bệnh nhồi máu cơ tim Chính vì thế, rất nhiều biện pháp làm giảm lượng cholesterol trong thực phẩm đã được nghiên cứu thành công trong những năm gần đây Tuy vậy, cholesterol vẫn có một số chức năng cần thiết cho hoạt đống sống khi nó là thành phần chính của màng tế bào, chất dự đoán cho hoạt động của hormone steroid - hormone cần thiết cho quá trình lớn lên và phát triển của động vật hữu nhũ còn non

Tocopherol: Tocopherol là chất chống oxy hóa tự nhiên rất quan trọng thuộc họ

phenolic Tocopherol cũng có đặc tính tan trong dầu, thường tồn tại ở dạng tự do Tùy thuộc vào cấu tạo khác nhau của tocopherol (hình 1.5) mà đặc tính tương ứng cũng thay đổi; phụ thuộc mạch C chính bão hòa hay chứa 3 liên kết đôi, và phụ thuộc vào số nhóm cũng như vị trí nhóm methyl gắn kết trên mạch nhánh; có 4 loại tocopherol khác nhau: α-tocopherol (5,7,8-trimethyl), β (5,7-dimethyl), γ (7,8-dimethyl) và δ (8-methyl)

Hoạt tính chống oxy hóa của các tocopherol trong dầu và mỡ phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và sự hiện diện của các hợp chất nhiễm vào hệ thống Tuy nhiên, hoạt động chống oxy hóa của các tocopherol cũng tùy thuộc vào vị trí cấu tạo:

δ > β = γ >α

Hình 1.5 Cấu trúc hóa học của các tocopherol

Các hợp chất màu (pigment): Sự khác nhau về màu sắc của các loại dầu và mỡ

khác nhau phụ thuộc vào lượng hợp chất màu hòa tan trong dầu Những hợp chất màu quan trọng nhất trong dầu mỡ là carotene, chlorophyll và gossypol

- Carotene (hình 1.6) là nguồn cung cấp vitamine A - chất có hoạt tính chống oxy

hóa và chống ung thư Carotene hiện diện chủ yếu trong dầu cọ, đây chính là lý

do chủ yếu làm cho dầu có màu vàng, cam hay đỏ

- Chlorophyll cũng chính là nguyên nhân tạo cho dầu có màu xanh tối không

mong muốn Điều quan trọng là sự hiện diện của chlorophyll torng dầu là nguyên nhân chủ yếu làm cho dầu rất nhạy cảm với ánh sáng quang hợp, gây nên biến đổi chất lượng Chính vì thế, trong quá trình tinh luyện các loại dầu có chứa nhiều chlorophyll (dầu olive), quá trình khử màu nhằm loại hợp chất này rất được quan tâm

- Gossypol tạo màu đỏ nâu trong dầu hạt bông vải (cottonseed oil) Gossypol có

cấu tạo là hợp chất phenol phức tạp, có mùi vị khó chịu, có tính độc Do đó, cần tách loại hoàn toàn hợp chất này ra khỏi dầu và khô dầu

Hình 1.6 Cấu trúc hóa học của các caroten quan trọng nhất

Hợp chất sáp: hiện diện chủ yếu trong dầu bắp và cải dầu Về cấu tạo, sáp là ester của

rược bậc một và ít thấy đối với rượu 2 chức Sáp có nhiệt độ nóng chảy khá cao (tnc >

80oC), bền vững và rất khó tiêu hóa, sáp không có giá trị về mặt dinh dưỡng Trong

quá trình chế biến, sự tồn tại của hợp chất sáp trong dầu là nguyên nhân chủ yếu gây

đục dầu Ngay ở điều kiện nhiệt độ bình thường, chúng tồn tại ở các dạng tinh thể nhỏ

li ti, trong một thời gian dài vẫn không lắng thành cặn, làm giảm giá trị cảm quan dầu

Các thông số đặc trưng của sáp được cho ở bảng 1.2

Bảng 1.2: Các thông số đặc trưng của sáp

Hợp chất mùi gốc hydrocarbon: bao gồm các alkan, alken (squalene, hình 1.7) và các

hydrocarbon đa vòng có mùi (polycyclic acromatic hydrocarbons – PAHs) Các hợp

chất alkan (C31-C33) hiện diện trong dầu thô với hàm lượng từ 40-100 ppb, giảm dần

sau quá trình tinh luyện Một số hợp chất mùi như squalene có vai trò rất quan trọng

trong công nghiệp mỹ phẩm Squalene hiện diện chủ yếu trong dầu gan cá nhám góc

(deep-sea dogfish, Squalus acanthus) và một số dầu cá khác; olive là dầu thực vật chủ

yếu có sự hiện diện của squalene Ngược lại, hầu hết các hydrocarbon đa vòng có mùi

(PAHs) hiện diện ở hàm lượng lớn hơn 150 ppb trong hầu hết các dầu thực vật thô,

chúng chỉ giảm nhẹ sau quá trình tinh luyện

Hình 1.7 Cấu trúc hóa học của squalene

Vitamin hòa tan trong dầu: bên cạnh vitamin A (retinol) - hiện diện nhiều nhất ở dầu

cá, trong dầu còn tìm thấy một số các vitamin khác với lượng ít hơn như vitamin D,

vitamin E (α-tocopherol) và vitamin K (phytoenzymeadion) Các vitamin này rất cần

thiết cho quá trình hấp thu của cơ thể người

1.3 TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA DẦU MỠ

- Tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như eter, benzen, hexan …

- Điểm nóng chảy của dầu mỡ thể hiện không rõ ràng, tùy thuộc vào tính chất của nguyên liệu tạo ra dầu mỡ: Khi dây acid béo càng dài, càng no thì độ nóng chảy của triglycerid càng cao, áp suất hơi càng kém do đó có ít mùi Dầu mỡ với cấu tạo chủ yếu là triglycerid dây ngắn (dầu dừa) thì sự thủy phân sẽ phóng thích các acid béo tự

do có khối lượng phân tử nhỏ, dễ bay hơi, gây mùi khó chịu Cùng một chiều dài, dây carbon của acid nào có chứa nhiều nối kép thì có nhiệt độ nóng chảy càng thấp

1.3.2 Tính chất hóa học của dầu mỡ

Tính chất hóa học của dầu mỡ chủ yếu do phản ứng của triglycerid, có tác động đáng

kể đến sự thay đổi chất lượng sản phẩm

1.3.1.1 Phản ứng thủy phân và xà phòng hóa

Trong điều kiện thích hợp, dầu mỡ dễ bị thủy phân theo phản ứng

C3H5(COOR)3 + 3H2O → 3RCOOH + C3H5(OH)3

Nếu có mặt một lượng kiềm (KOH, NaOH) thì sau phản ứng thủy phân, acid béo tác dụng với chất kiềm để tạo thành muối kiềm (xà phòng)

RCOOH + NaOH → RCOONa + H2O

Phương trình tổng quát:

C3H5(COOR)3 +3NaOH → 3RCOONa + C3H5(OH)3

1.3.2.2 Phản ứng cộng hợp

Phản ứng này có tác dụng cộng hydro vào các nối đôi trên dây carbon của acid béo với

sự hiện diện của chất xúc tác thích hợp nhằm làm giảm số nối đôi trên dây carbon, làm cho dầu mỡ ổn định hơn, hạn chế được các quá trình như oxy hóa, trùng hợp của dầu

mỡ Ngoài ra, phản ứng này còn có tác dụng giữ cho dầu không bị trở mùi khi bảo quản lâu

-CH = CH - + H2 → - CH2 – CH2 – Phản ứng này có ý nghĩa thực tiễn quan trọng: đây chính là cơ sở lý thuyết cho quá trình chuyển đổi dầu từ thể lỏng sang thể rắn để sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt (margarine, shorterning…)

Ngoài ra, thành phần acid béo của dầu thường chứa đồng thời acid oleic, acid linoleic, acid linolenic Mặc dù acid linolenic có vai trò sinh học quan trọng, nhưng nó cũng là

nguyên nhân chính gây nên sự trở mùi của thực phẩm, vì thế quá trình hydro hóa chọn lọc để giảm bớt hàm lượng acid linolenic thường được tiến hành trong công nghệ chế biến dầu

1.3.2.3 Phản ứng đồng phân hóa

Dưới tác dụng của baz hòa tan trong rượu sẽ xảy ra sự đồng phân hóa (theo cả hai kiểu đồng phân hình học và vị trí, chương 5) các nối kép trên dây carbon, làm tăng tính khô của dầu Sự đồng phân hóa có thể thực hiện với chất xúc tác Niken, nhiệt độ

Những dầu mỡ có chứa nhiều acid béo không no sẽ dễ bị oxy hóa bởi oxy không khí

Đa số các phản ứng xảy ra trên các nối đôi của carbon Dầu mỡ chứa nhiều acid béo no

có ưu điểm là dễ bảo quản, ít bị biến đổi nhưng lại có hệ số đồng hóa thấp

Từ đặc tính lý hóa của dầu mỡ nói chung, các nghiên cứu về hiện tượng trở mùi của dầu mỡ khi chúng được tồn trữ trong thời gian dài đã đưa ra hai nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự biến đổi này:

(i) Sự thủy phân giải phóng acid béo từ triglycerid

Sự thủy phân này có thể xảy ra khi mạch carbon của triglycerid ngắn, hoặc dưới tác dụng của enzyme lipase

(ii) Sự ôi dầu do phản ứng oxy hóa hóa học

Phản ứng này xảy ra dể dàng với dây triglycerid có chứa nhiều nối kép Nó thường bắt nguồn tử phản ứng cộng oxy váo các nối kép hay xen vào Cα đối với nối kép để tạo ra các hydroperoxit Các hydroperoxit này tiếp tục bị phân hủy để cho ra các sản phẩm sau cùng như các hợp chất carbonyl, aldehyd, aceton, alcohol

Tổng quát :

Aldehyd Ceton Acid Ester Alcohol Chất béo + O2 ⇒ hydroperoxit ⇒

Việc tìm ra nguyên nhân gây biến đổi mùi trong quá trình bảo quản có ý nghĩa thực tế rất quan trọng, đây chính là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm làm thay đổi đặc tính dầu mỡ như ester hóa nội phân tử, hydrogen hóa…(chương 5)

1.4 PHÂN LOẠI DẦU MỠ THỰC PHẨM

Dầu và mỡ thực phẩm có thể được phân thành nhiều loại dựa vào thành phần và tính chất của các acid béo Có thể chia dầu mỡ thành 9 nhóm chủ yếu:

1.4.1 Nhóm chất béo sữa

Chất béo thuộc nhóm này có nguồn gốc từ sữa động vật Chất béo sữa có cấu tạo chủ yếu từ các acid béo mạch ngắn, không có nối đôi (C4:0, C6:0 và C8:0) Ngoài ra, trong chất béo sữa vẫn có sự hiện diện của các acid béo bão hòa mạch dài (C16:0 và C18:0)

và acid béo không bão hòa có một nối đôi (C18:1) Do sự hiện diện đa dạng của các loại acid béo này mà chất béo sữa thường có điểm nóng chảy thấp, khoảng nhiệt độ nóng chảy rộng, thành phần triglycerid phức tạp hơn so với dầu thực vật Với hầu hết

các động vật, acid béo tồn tại chủ yếu ở dạng trans- Chất béo sữa được sử dụng chủ

yếu làm nguồn thức ăn cho người do giá thành cao

1.4.2 Nhóm acid lauric (dầu dừa và dầu hạt cọ)

Nhóm chất béo này có tính chất rất khác biệt so với các loại dầu khác do sự hiện diện với mức độ cao của acid lauric (40-50% C12:0), kế đến là acid myristic và các acid béo bão hòa có 8,10 và 14 C Điểm đặc trưng của nhóm này là sự hiện diện ở tỷ lệ rất thấp các acid béo không bão hòa, tương ứng với điểm nóng chảy rất thấp Mặc dù vậy, nhóm dầu dừa và dầu cọ vẫn được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm và trong chế biến margarine

1.4.3 Nhóm bơ thực vật (bơ cacao)

Nhóm chất béo này có thành phần triglycerid và acid béo rất đặc biệt: chủ yếu từ các acid béo không no có 1 nối đôi như C18:1, C20:1, C24:3 Bơ thực vật có giá trị kinh tế cao, sử dụng chủ yếu trong chế biến chocolate và kẹo

1.4.4 Nhóm mỡ động vật (mỡ heo)

Mỡ động vật được cấu tạo chủ yếu từ acid béo C16:0, C18:0 và các acid béo có mức

độ không bão hòa trung bình Nhóm chất béo này chứa một tỷ lệ mong muốn của triglycerid bão hòa hoàn toàn, tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của nó là sự hiện diện ở mức độ rất thấp các acid béo không bão hòa

1.4.5 Nhóm dầu cá (dầu cá và dầu gan cá)

Dầu cá được tạo thành từ các acid béo không no có mạch carbon dài (chứa ít nhất 6 liên kết đôi) Chất lượng dầu cá cao, tuy nhiên nó là loại dầu có giá thành thấp nhất do khả năng bảo quản thấp:dầu cá không có tính ổn định, dễ biến đổi do quá trình oxy hóa nối đôi và phát sinh mùi không mong muốn

1.4.6 Nhóm acid oleic và acid linoleic (dầu olive, dầu cọ, dầu bắp, dầu hướng dương)

Đây là nhóm dầu hiện diện phổ biến nhất Acid béo tạo nên dầu nhóm này chủ yếu là C18:1 và C18:2 Lượng acid béo bão hòa trong nhóm dầu này chỉ chiếm tối đa 20%

1.4.7 Nhóm acid linolenic (dầu đậu nành, dầu hạt lanh)

Đặc điểm quan trọng của dầu đậu nành và dầu hạt lanh là sự hiện diện ở hàm lượng cao acid linolenic (C18:3) Do mức độ không bão hòa cao, các dầu này rất nhạy cảm với các chất oxy hóa, điều này dẫn đến các biến đổi không mong muốn về mùi và vị Ngoại trừ dầu đậu nành, dầu hạt lanh không được sử dụng phổ biến cho chế biến thực phẩm

1.4.8 Nhóm acid erulic (C22:1)

Dầu thuộc nhóm này có hàm lượng cao (40-50%) acid erulic (C22:1), hiện diện chủ yếu trong hạt bông vải Một số giả thiết cho rằng một số các biến đổi sinh lý không mong muốn trong cơ thể người do sự tham gia của acid erulic Chính vì thế, việc nghiên cứu tìm các loại nguyên liệu cho dầu có hàm lượng erulic thấp vẫn được quan tâm

1.4.9 Nhóm hydroxy acid

Các nghiên cứu cho thấy, nhóm hydroxy acid chỉ hiện diện trong dầu hải ly (castor oil): triglycerid của glycerin chủ yếu (90%) với acid ricinoleic (12-hydroxyoctadec-9-enoic acid) Dầu hải ly không được sử dụng cho chế biến thực phẩm

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU CHẾ BIẾN DẦU MỠ

2.1 HẠT CHỨA DẦU (SEED OILS)

Đặc điểm quan trọng của hạt dầu là độ ẩm thấp, ngăn cản sự biến đổi cơ học và sự phá hủy của côn trùng Dựa vào ưu điểm này, dầu thường không được tách chiết sớm ra khỏi hạt dầu mà sẽ được bảo quản trong hạt nhằm ngăn cản các biến đổi không mong muốn của dầu thô Hầu hết các hạt rau quả… đều chứa dầu nhưng chỉ những nguyên liệu có hàm lượng dầu cao mới được sử dụng trong quá trình sản xuất dầu Tuy nhiên, một số các hạt lại có khả năng sử dụng cho trích ly dầu là thành phần loại ra của quá trình sản xuất một sản phẩm khác (hạt cà chua trong chế biến nước cà chua hay hạt nho trong sản xuất rượu vang)

Nhược điểm của việc sản xuất dầu từ hạt dầu là: Dầu trong hạt dầu không nằm ở dạng

tự do, bên ngoài mà được nhốt trong các khe vách bên trong tế bào, quá trình tách chiết dầu không thể tiến hành trực tiếp mà phải qua các khâu chuẩn bị phức tạp Một

số hạt có hàm lượng dầu cao nhưng quá trình trích ly dầu có thể kèm theo sự giải phóng một số hợp chất không mong muốn, khó phân tách khỏi dầu

Một số hạt dầu sử dụng phổ biến trong quá trình sản xuất dầu:

2.1.1 Dầu dừa

Thu được từ cơm dừa khô (Cocos nucifera, họ Palmae.) Cây dừa có thể trồng và phát

triển ở vùng vành đai từ 20o vĩ Bắc đến 20o vĩ Nam của xích đạo, nhiệt độ thích hợp cho quá trình phát triển là 30oC Chính nhờ vào nhiệt độ cao của những vùng trồng dừa, người ta có thể sử dụng ánh nắng mặt trời cho quá trình làm khô cơm dừa, ngoài

ra, nguồn nhiên liệu từ vỏ dừa cũng được tận dụng- đây chính là nguyên nhân làm cho dầu dừa thường chứa các hợp chất hydrocarbon đa vòng Dầu dừa thuộc nhóm acid lauric Nhờ vào khối lượng phân tử của triglycerid ở mức trung bình, dầu dừa có nhiệt

độ nóng chảy thấp (24-27oC) Ngoài ra, mức độ không bão hòa trong dầu dừa thấp (<10%), dầu dừa ít bị các biến đổi oxy hóa làm phát triển mùi ôi

2.1.2 Dầu hạt cọ (Palm kernel oil, PKO)

Thu được từ hat của cây cọ dầu (Elaels guineensis), có tính chất tương tự dầu dừa

Dầu hạt cọ có mức độ acid béo không bão hòa cao hơn dầu dừa, nhờ đó chỉ số Iod của dầu hạt cọ thay đổi trong khoảng từ 13-23 và nhiệt độ đông đặc từ 20-24oC

2.1.3 Dầu “ babussa”

Dầu “ babussa” được sản xuất từ cây họ cọ babussa (Orbignya speciosa) có nguồn

gốc Brazil Loại dầu này cũng thuộc nhóm acid lauric Trữ lượng dầu trong babussa cao, tuy nhiên địa hình trồng các loại cây này chủ yếu ở các vùng rừng mưa nhiều, giao thông không thuận lợi, do đó việc phát triển sản xuất dầu từ babussa còn chưa

được chú ý khai thác

2.1.4 Bơ cacao

Đây là loại bơ thực vật quan trọng nhất Bơ cacao có màu vàng nhạt, thu được từ hạt

của cây cacao nhiệt đới Theobroma cacao (họ Stercuiliaceae) Bơ cacao có mức độ

acid béo bão hòa cao, do đó bơ cacao có thể đông đặc ở ngay nhiệt độ thường

(30-35oC)

2.1.5 Các loại bơ thực vật khác

Nhóm này chỉ chiếm một lượng nhỏ và được sử dụng như chất thay thế bơ cacao

(cocoa butter equilivalent – CBE):

stenoptera ở Malaysia Bomeo tallow còn được gọi là “bơ xanh” do sản

phẩm có màu xanh nhạt Loại bơ này có tính chất gần giống với bơ cacao nhất khi so sánh với các loại bơ khác

độ acid béo không bão hòa cao hơn khi so sánh với bơ cacao Việc phân tách tạo stearin từ bơ shea này có thể tạo ra sản phẩm thay thế bơ cacao (CBE)

2.1.6 Dầu hướng dương

Được chiết tách từ hạt cây hướng dương (Helianthus annuus L., họ Compositae)

Hướng dương thường sống ở những vùng khí hậu ôn hòa như Mỹ, Châu Âu và Trung Quốc Việc trồng và chế biến các sản phẩm từ hướng dương được phát triển mạnh trong suốt 25 năm qua nhờ vào sự hiện diện ở hàm lượng cao của acid linoleic – thành phần dinh dưỡng quan trọng cho cơ thể Trong quá trình tách chiết dầu, hạt hướng dương thường phải trải qua quá trình xử lý sơ bộ nghiêm ngặt, xay xát loại bỏ lớp vỏ bên ngoài hạt nhằm làm giảm tối đa thành phần sáp hiện diện trong dầu sau quá trình thu hồi Dầu hướng dương có thể thu được bằng cả hai biện pháp: ép bằng sức nước và trích ly Quá trình tinh luyện dầu hướng dương là khâu đặc biệt quan trọng nhằm loại

bỏ các thành phần không mong muốn có mặt trong dầu do quá trình trích ly hay ép Dầu hướng dương thuộc nhóm acid oleic-linoleic, chứa hơn 85% acid béo không bão hòa, trong đó hơn 2/3 là acid linoleic (C18:2) Điểm đông đặc của dầu hướng dương là -15oC, chỉ số iod từ 110-145 Sau quá trình trích ly, trong khô hay bã dầu hướng dương còn chứa khoảng 40-45% protein – đây là nguồn thích hợp cho việc chế biến thức ăn gia súc

2.1.7 Dầu cây rum (Safflower)

Được sản xuất nhờ quá trình ép hay trích ly hạt cây rum Carthamus tinctorius L (họ

Compositae) Loại cây này có nguồn gốc chủ yếu từ Ai cập, Đông Á và một số vùng phía tây Hoa Kỳ, sau đó được phát triển với một thời gian dài ở nhiều nơi nhằm phục

vụ cho việc sản xuất dầu Ngày nay, vai trò quan trọng của cây rum đã thay đổi đáng

khác màu vàng nhạt không còn được ưa chuộng Dầu rum có giá trị dinh dưỡng rất cao

do có hàm lượng acid linoleic lớn nhất (>80%), đây là nguồn quan trọng cho việc cung cấp acid linoleic tinh khiết Tuy nhiên, phần khô và bã dầu rum hầu như không có giá trị dinh dưỡng

2.1.8 Dầu hạt bông vải

Chế biến từ sản phẩm phụ (phần thải) của quá trình sản xuất bông Trữ lượng sản xuất bông trên thế giới rất lớn, kèm theo đó một lượng lớn hạt bông chứa tỷ lệ dầu cao được loại ra Ai Cập, Hoa Kỳ, Trung Quốc và Nga là những nước đã và đang chế biến dầu

từ hạt bông vải Ở Châu Âu, dầu hạt bông chiếm tỷ lệ lớn nhất Tuy nhiên, do tính chất của dầu bông vải có chứa gossypol (hình 2.1) - hợp chất đa vòng tạo mùi vị khó chịu, khi kết hợp với protein hình thành hợp chất không thể tiêu hóa, gây độc Do đó, việc tiền xử lý và tinh luyện dầu bông luôn được quan tâm Dầu bông vải thuộc nhóm acid oleic-linoleic; mặc dù thành phần dầu có chứa một tỷ lệ tương đối cao các acid béo không bão hòa có nhiều nối đôi, dầu bông cũng chứa lượng acid béo bão hòa cao nhất trong nhóm hạt dầu Dầu bông vải có thể được sử dụng trong nấu nướng hàng ngày (cooking oil, salad oil) hay trong công nghiệp chế biến margarine, shortening

Hình 2.1 Cấu tạo của gossypol

2.1.9 Dầu thuộc họ cải dầu (rapeseed, colza)

Thu được từ hạt của cây cải dầu Brassica napus L và B campestis L (họ Cruciferae.)

Cây cải dầu phát triển chủ yếu ở những vùng khí hậu ôn đới hay khí hậu lạnh: Đông và Tây Âu, Canada, Ấn Độ và Trung Quốc Cải dầu chứa hàm lượng cao acid erulic, mặc

dù hợp chất này không có tác hại về dinh dưỡng, tuy nhiên các nghiên cứu tìm các loại dầu thuộc họ này với lượng acid erulic thấp vẫn được quan tâm Dầu “Canola” là loại dầu từ hạt cải dầu phổ biến nhất hiện nay Có 3 kiểu phổ biến của dầu loại này:

(i) Dầu có hàm lượng acid erulic cao: 20-55% acid erulic

(ii) Dầu có hàm lượng acid erulic thấp: 0-5% acid erulic

(iii) Dầu không chứa acid erulic

Một đặc điểm quan trọng của dầu nhóm này là mức độ chuyển hóa đường thấp Bã dầu

là nguồn thích hợp cho việc chế biến thức ăn gia súc, tuy nhiên loại có hàm lượng acid erulic cao không thích hợp cho cừu và gia cầm Hàm lượng chất xơ cao cũng là một điểm đặc biệt của họ cải dầu

2.1.10 Dầu bắp (corn oil)

Được chiết tách từ phần phôi (hạt bắp) của Zea mays Dầu bắp thô có màu đỏ sậm do

sự hiện diện của hợp chất carotene và xantophyllic Dầu bắp chứa một lượng tương đối cao (1-3%) phospholipid và những hợp chất không có đặc tính của dầu khác, chủ yếu

là sterol (≥ 1%) Dầu bắp cũng thuộc nhóm acid oleic-linoliec với mức độ acid béo

không bão hòa cao, được sử dụng chủ yếu trong chế biến dầu ăn

2.1.11 Dầu đậu nành (soybean oil)

Đây là sản phẩm của quá trình ép hay trích ly hạt đậu nành Glycine max (L.) merill (họ

Leguminosae) Đậu nành là nguồn cung cấp dầu thực vật chủ yếu cho việc chế biến

thực phẩm của con người Đậu nành có nguồn gốc từ Trung Quốc, nhưng ngày nay, nguồn cung cấp đậu nành và dầu đậu nành chủ yếu từ Mỹ và các nước thuộc Châu Mỹ Chỉ bắt đầu trồng đậu nành từ khoảng năm 1970, hiện nay Nam Mỹ đã cung cấp khoảng 25% sản lượng đậu nành trên thế giới Mặc dù quá trình ép dầu thu được hiệu suất vẫn khá cao, tuy nhiên quá trình này thường đi kèm với các biến đổi không mong muốn về chất lượng: một số thành phần độc hại thu được cùng với dầu trong quá trình ép… Chính vì thế, chiết tách dầu bằng biện pháp trích ly hiện đang được sử dụng rộng rãi, quá trình ép chỉ được tiến hành ở quy mô nhỏ Dầu đậu nành thuộc nhóm acid linilenic; trong thành phần chứa hàm lượng acid linolenic rất cao khi so sánh với các loại dầu khác Thêm vào đó, quá trình hydrogen hóa dầu đậu nành cũng thường được

áp dụng trong chế biến margarine và shortening Bã đậu nành sau trích ly là nguồn

cung cấp protein và các chất dinh dưỡng cần thiết cho gia súc

2.1.12 Dầu đậu phộng (peanut oil)

Dầu phộng là một trong 5 loại dầu ăn quan trọng nhất trên thế giới Dầu phộng thu

được nhờ vào quá trình tách chiết dầu từ nhân hạt cây đậu phộng Arachis hypogea-

đây là loài cây trồng phổ biến ở Châu Phi, Ấn Độ và Trung Quốc Dầu đậu nành được

sử dụng chủ yếu cho nhu cầu thực phẩm: dầu chiên nấu, shortening, margarine, dầu trộn (salad oil) Đặc tính quan trọng của dầu phộng là sự hiện diện ở hàm lượng thấp acid béo bão hoà, trong khi đó lại rất giàu acid béo không no chứa 1 nối đôi (chủ yếu

là acid oleic) Do các triglycreid này có độ nóng chảy cao, khi nhiệt độ dầu giảm xuống 5oC, dầu phộng bị vẩn đục do sự tạo gel trong dầu; tuy nhiên quá trình đông hóa

có thể được áp dụng để làm trong dầu Một vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến chất lượng và giá trị dinh dưỡng của dầu là sự nhiễm độc tố aflatoxin B1, B2, G1 và G2 (hình 2.2) do điều kiện môi trường làm phát sinh nấm mốc Việc di chuyển độc tố từ bột đậu

phộng nghiền rất khó thực hiện do chúng có khả năng chịu đến nhiệt độ 300oC; tuy nhiên sự hiện diện của các độc tố này trong dầu có thể loại bỏ dễ dàng trong quá trình tinh luyện

Hình 2.2 Aflatoxin

2.1.13 Dầu hạt lanh (linseed oil)

Thu được từ hạt cây lanh Linium usisitatissimum, có thể phát triển ở hầu hết các vùng

nhiệt độ khác nhau trên thế giới, tập trung nhiều nhất ở Mỹ, Argentina, Ấn độ và Nga Khi giá nhập khẩu sợi cotton vào thị trường châu Âu ngày càng giảm dần và giống cây trồng phải du nhập từ Mỹ, giá trị kinh tế của sợi lanh cũng suy giảm nhanh chóng Chính vì thế, việc khai thác giá trị của hạt lanh được quan tâm Dầu thô từ hạt lanh có thể thu được bằng cả hai biện pháp: ép và trích ly bằng dung môi Do sự hiện diện của acid linolenic trong dầu lanh ở hàm lượng cao (>50%), dầu hạt lanh được sử dụng chủ yếu như nguồn nguyên liệu trong sản xuất sơn, vecni cũng như các sản phẩm công nghiệp khác Tuy nhiên, ở một số quốc gia, đặc biệt là Ấn Độ, hơn 40% dầu lanh được sản xuất nhằm phục vụ cho nhu cầu tiêu thụ của con người

2.1.14 Dầu hạt vừng (mè, sesame oil)

Đây là loại dầu có giá trị dinh dưỡng cao do sự hiện diện của hơn 75% acid béo không bão hòa trong dầu, đặc biệt là tỷ lệ cân bằng của acid oleic và acid linoleic (Omega 6)

Dầu vừng thu được chủ yếu nhờ vào quá trình ép hạt vừng Sesamum indicum, được

trồng và phát triển nhiều ở Ấn Độ và Trung Quốc; một số nơi khác như Châu Âu, Châu Mỹ cũng sử dụng hạt vừng và dầu vừng với số lượng ít Đây là nguyên nhân chính làm cho giá dầu vừng thường rất đắt

2.1.15 Một số dầu từ hạt cho dầu không phổ biến

Bên cạnh các loại hạt dầu phổ biến, một số nguyên liệu khác cũng được sử dụng trong công nghệ chế biến dầu với số lượng ít:

- Dầu hạt nho (Vitis vinifera (L.), họ Vilaceae): chứa hàm lượng acid linoleic khá

cao, tính chất tương tự dầu hạt hướng dương

- Dầu từ hạt phỉ (Hazel-nut – Corylus avellana (L.) Gaertn, họ Betulaceae) và

dầu hạnh (Prunus dulcis (Mill.) D.A Webb họ Rosaceae): thuộc nhóm acid

oleic – linoleic

- Dầu bông gạo (kapok – Ceiba pentandra (L.) Gaertn, họ Bombacaceae): tính

chất gần như tương đồng với dầu hạt bông (cottonseed oil)

- Dầu cây óc chó (walnut-tree, Juglans regia (L.), họ Juglandaceae): thành viên

của nhóm acid linolenic Dầu cây óc chó chỉ được sản xuất và tiêu thụ rất ít, chủ yếu ở môt số gia đình thượng lưu

- Một số loại dầu khác vẫn được sản xuất tùy vào tập quán từng quốc gia như dầu

mustard, dầu gạo, dầu hạt olive…

2.1.16 Các nguồn dầu mới

Đây chính là các nhóm dầu có tầm quan trọng ở mỗi địa phương hay khu vực, quốc gia, nhưng không được sản xuất và tiêu thụ phổ biến trên thế giới:

- “ Crambe oil” (Crambe abyssinica Hochst ex R.E Fries và C hispanica, họ Brassicaceae) với hàm lượng cao acid erucic, sử dụng chủ yếu cho mục đích kỹ

thuật

- Dầu cây anh thảo (evening primrose oil – Oenothera biennis họ Onagraceae):

chứa hàm lượng cao Omega 6 (6,9,12 – octatrienic acid)

- Chất béo có nguồn gốc vi sinh: chứa các thành phần đặc biệt, được sử dụng cho

thực phẩm và ứng dụng kỹ thuật

2.2 CÂY CHỨA DẦU (OILS FROM OIL-BEARING TREES)

Dầu thô thuộc nhóm này có nguồn gốc chủ yếu từ phần thịt quả của các cây chứa dầu Quá trình chiết tách dầu từ thịt quả cần đáp ứng các yêu cầu đặc biệt: chất lượng dầu thu được càng cao khi dầu được chiết tách từ quả tươi, ngay sau thu hoạch Các tác động cơ học lên bề mặt quả sau thu hoạch là nguyên nhân chính làm phá hủy màng tế bào, điều này làm gia tăng hoạt động của enzyme, thúc đẩy quá trình thủy phân lipid hay các hư hỏng khác xảy ra nhanh chóng

2.2.1 Dầu olive (olive oil)

Đây là loại dầu được sản xuất và tiêu thụ rất phổ biến trên thế giới, đặc biệt là các quốc gia vùng Địa Trung Hải Dầu olive thu được do quá trình tách ép phần thịt quả

olive Olea europaea (L.) (họ Oleaceaei) Trong thành phần dầu olive chứa hơn 80%

acid oleic, tuy nhiên tỷ lệ acid béo không bão hòa mạch dài rất thấp Điểm đặc biệt của dầu olive là sự thay đổi lớn thành phần acid béo trong dầu theo vùng trồng nguyên liệu Một số dầu olive từ giống nguyên liệu tốt có thể sử dụng trực tiếp mà không cần

qua công đoạn tinh luyện (virgin state) Ngoài ra, tùy thuộc vào quá trình tách ép, chất lượng dầu olive thay đổi khác nhau, có thể chia làm 3 nhóm:

(i) Hàm lượng acid béo tối đa 1%

(ii) Hàm lượng acid béo tối đa 1,5 %

(iii) Hàm lượng acid béo tối đa 3,5 %

2.2.2 Dầu cọ (palm oil)

Sản phẩm từ quả của cây cọ (Elaeis guineensis), một trong hai loại cây trồng cho dầu

quan trọng nhất trên thế giới (cùng với dừa) Cọ có nguồn gốc từ Guinea, Tây Phi nhưng ngày nay, cọ được trồng và phát triển chủ yếu ở các nước nhiệt đới ở gần đường xích đạo (Đông Nam Á, Châu Phi, Trung và Nam Mỹ) Việc trồng cọ và chế biến dầu

cọ gia tăng mạnh mẽ trong 3 thập niên gần đây Malaysia và Indonesia là 2 quốc gia sản xuất dầu cọ hàng đầu thế giới Sản lượng sản xuất dầu cọ hiện nay là: 6 tấn dầu cọ/

30 tấn buồng cọ tươi/ hectar/ năm

Quả cọ là nguồn nguyên liệu đặc biệt trong chế biến dầu cọ do tính chất rất đặc trưng của nó: dầu có thể được tách chiết từ cả hạt cọ và phần thịt quả (pulp, mesocarp) Một vấn đề cần quan tâm là lượng dầu tách chiết cần di chuyển ra ngay, nhằm tránh hiện tượng hút dầu lại vào trong nguyên liệu Lượng dầu cọ thu được trên thực tế chủ yếu

từ phần thịt quả, dầu từ hạt cọ chỉ chiếm từ 10-12% tổng lượng dầu cọ thu được

Thành phần acid béo chủ yếu trong dầu cọ là acid palmitic và acid oleic (khoảng 80% tổng acid béo trong dầu) Chính vì thành phần đặc biệt này, dầu cọ thường bị phân tách thành 2 phần riêng biệt: lỏng và rắn ở nhiệt độ phòng

Ngoài ra, dầu cọ còn rất dễ bị biến đổi do họat động của các enzyme thủy phân trong suốt thời gian sau thu hoạch và chế biến, nguyên nhân chủ yếu là do sự hiện diện ở nồng độ cao các acid béo tự do (20-25%) trong dầu; việc chiết tách dầu với kỹ thuật hiện đại có thể làm giảm bớt lượng acid béo tự do này, tuy nhiên sự hiện diện của chúng trong dầu cọ vẫn cao hơn các loại dầu khác Do hàm lượng carotene cao (0,05-0,2%) nên dầu cọ thường có màu đỏ cam đậm Chính vì lý do này, quá trình tẩy trắng

và trung hòa nhằm làm giảm lượng acid béo tự do là hai tham số chất lượng quan trọng nhất trong quá trình tinh luyện dầu cọ:

- Đối với dầu cọ có nguồn gốc Châu Phi:

+ Tẩy trắng hoàn toàn: hàm lượng acid béo tự do ≤ 2,5%

+ Tẩy trắng thông thường: hàm lượng acid béo tự do = 4-5%

- Đối với dầu cọ có nguồn gốc từ Đông Nam Á:

+ Chất lượng đặc biệt: hàm lượng acid béo tự do = 1-2 %

+ Hạn chế quá trình oxy hóa ở mức thấp nhất: hàm lượng acid béo tự do ≤ 2,5% + Tiêu chuẩn: hàm lượng acid béo tự do = 3-5 %

Dầu cọ có tính chất vật lý đặc biệt là trong khoảng nhiệt độ gần 20oC, dầu cọ sẽ tồn tại

ở trạng thái bán rắn (semi-solid) Chính vì nguyên nhân này, dầu cọ thường được sử dụng trong chế biến shortening, margarine thực vật – được dùng làm môi trường truyền nhiệt tốt cho quá trình chiên một số loại thực phẩm bằng biện pháp nhúng trong dầu, đồng thời tạo giá trị cảm quan cho sản phẩm (giúp bề mặt sản phẩm khô ráo sau khi chiên) Ngoài ra, dầu cọ còn được sử dụng trong công nghiệp chế biến bánh kẹo Mặc dù màu nhạt thường được người tiêu dụng ưa chuộng, tuy nhiên ở một số nơi màu

đỏ đặc trưng của dầu cọ do sự hiện diện của caroten và tocopherol vẫn được duy trì

2.2.3 Dầu bơ

Dầu bơ nhận được từ phần thịt quả của cây bơ (Persea gratissima gaertueri), được

trồng chủ yếu ở vùng Địa Trung Hải và vùng phía Nam Hoa Kỳ Giống như dầu cọ, thành phần acid béo chủ yếu của dầu bơ là acid palmitic và acid oleic, trong đó acid oleic chiếm ưu thế Tuy vậy, dầu bơ không có tầm quan trọng trong công nghệ thực phẩm, nó được ứng dụng chủ yếu trong công nghệ mỹ phẩm

2.3.2 Mỡ nấu chảy (mỡ thắng)

Đây là sản phẩm phụ của quá trình chế biến thịt Đặc điểm quan trọng của mỡ thắng là

sự hiện diện của một lượng lớn acid béo bão hòa, ngoài ra trong mỡ còn chứa rất ít chất chống oxy hóa tự nhiên và chứa hàm lượng cao cholesterol, điều này làm cho mỡ rất nhạy cảm với sự oxy hóa, kèm theo đó là nhu cầu sử dụng mỡ thắng cho thực phẩm đang giảm dần

- Mỡ heo: Theo định nghĩa của Codex, mỡ heo là phần mỡ thắng thu được từ phần mô

mỡ tươi, đã được làm sạch của heo có sức khoẻ tốt, giết mổ đúng cách nhằm phục vụ cho nhu cầu tiêu thụ của con người, được đảm bảo bởi luật thực phẩm cũng như các quy định của mỗi quốc gia Phần mô mỡ này không bao gồm xương, da, tai, móng, nội tạng, khí quản, phần mỡ rời, mỡ váng, những phần thừa từ mô cơ và máu

Nhờ vào quá trình ester hóa nội phân tử, thành phần của mỡ heo được thay đổi một phần nhằm chế biến shorterning, sử dụng trong công nghệ chế biến bánh

Mỡ heo có khoảng nhiệt độ nóng chảy rộng nhờ vào sự phân bố đặc biệt của triglycerid

Ngoài nhu cầu thực phẩm, mỡ heo còn đựơc sử dụng trong công nghệ sản xuất dầu bôi trơn (white grease)

- Mỡ bò và các động vật nhai lại khác: Tỷ lệ acid béo bão hòa trong mỡ bò cũng như

các động vật nhai lại khác lớn hơn so với mỡ heo Giống như mỡ thỏ, trong mỡ động vật nhai lại còn chứa một lượng khá lớn các acid béo có cấu trúc không đặc trưng như acid béo mạch nhánh, acid béo có số Carbon lẻ Chính vì lý do này, mỡ động vật nhai lại không được sử dụng cho mục đích thực phẩm, tuy nhiên quá trình chiết phân đoạn loại mỡ này có thể tách ra được olein và stearin - ứng dụng trong công nghiệp

2.4 DẦU TỪ ĐỘNG VẬT BIỂN (MARINE OILS)

Thuật ngữ “marine oil: dầu từ động vật biển” được sử dụng để chỉ các loại dầu của tất

cả động vật sống dưới nước: cá hay động vật có vú khác (cá heo…) Dầu từ động vật biển (chủ yếu là dầu cá) thường là sản phẩm phụ trong quá trình khai thác và sử dụng

cá như nguồn cung cấp protein Tuy nhiên, một số loại cá lại được khai thác cho mục đích chính là sản xuất dầu Có rất nhiều loài cá có khả năng cung cấp dầu: từ loài cá nhỏ như cá sardine đến các động vật hữu nhũ có trọng lượng lớn như cá voi Trong thành phần của dầu cá chứa một tỷ lệ lớn acid béo không no mạch dài (C ≥ 20), chính

vì lý do này dầu cá rất nhạy cảm với các phản ứng biến đổi chất lượng dầu Dầu cá chỉ được sử dụng trong chế biến thực phẩm sau quá trình tinh luyện nghiêm ngặt

- Dầu cá voi: thu được từ phần mô sụn và nội tạng của cá voi Dầu cá voi chứa

các acid béo không bão hòa cao do đó có giá trị sinh học rất lớn Tuy nhiên, do

bộ luật bảo vệ động vật biển, nhằm hạn chế việc khai thác cá voi bằng các biện pháp săn bắn trái phép hay cá voi bị kiệt sức trên biển do điều kiện khách quan: thiên tai…việc sử dụng dầu cá voi ngày nay không còn đóng vai trò quan trọng

- Dầu cá biển nhỏ: dầu thu được từ các loài cá biển nhỏ này thường chứa nhiều

acid béo không bão hòa hơn khi so sánh với dầu cá voi Thành phần của dầu thay đổi theo nguồn nguyên liệu Các loại dầu cá quan trọng nhất là dầu thu

được từ cá sardine vùng California (Sardinops sagax caerulea, họ Clupeidae),

cá sardine Nhật Bản (Sardinops melanostictus, họ Clupeidae), dầu cá mòi

(Brevoortia tyrannus, họ Clupeidae) và dầu cá trích (Clupea harengus, họ Clupeidae)

Tỷ lệ acid béo không bão hòa mạch dài cũng khá cao, phụ thuộc vào loại cá và môi trường sống: khi nhiệt độ môi trường nước càng lạnh, hàm lượng acid béo không bão hòa mạch dài càng cao Chính vì sự hiện diện của acid béo không bão hòa này, dầu cá thường được làm gia tăng “độ cứng” (to be hardened) trước khi sử dụng do quá trình biến đổi này sẽ cải thiện được khả năng bảo quản sản phẩm, làm giảm xu hướng ôi hóa dầu

- Dầu gan cá tuyết: điểm đặc biệt trong thành phần dầu cá tuyết (Gadus morhua (L),

họ Gadidae) là sự hiện diện ở hàm lượng cao vitamin A và vitamin D

Chương III KHÁI QUÁT CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU THÔ

3.1 SẢN XUẤT DẦU TỪ HẠT CHỨA DẦU

3.1.1 Bảo quản và sơ chế hạt dầu

3.1.1.1 Nguyên nhân gây hư hỏng hạt dầu trong quá trình bảo quản

Một trong những nguyên liệu chủ yếu dùng để chế biến dầu là những loại hạt có hàm lượng chất béo cao như: đậu phộng, đậu nành, mè, thầu dầu, hướng dương, Tất cả những loại hạt này đều phải qua quá trình sơ chế và bảo quản mới đến khâu chuẩn bị Trong quá trình bảo quản, nguyên liệu có thể bị hư hỏng do các nguyên nhân sau:

- Sự hô hấp,

- Hoạt động của vi sinh vật, enzyme,

- Do phản ứng hóa học,

- Do sâu mọt, chim, chuột

(i) Sự hô hấp của hạt

Hô hấp là biểu hiện hoạt động sống của hạt cũng như bất kỳ cơ thể sống nào khác Đây chính là quá trình trao đổi các chất dự trữ bên trong hạt với môi trường bên ngoài (chủ yếu là không khí), nhờ đó sự sống của hạt được duy trì

Sau thu hoạch, quá trình hô hấp của hạt vẫn tiếp diễn Thông qua quá trình trao đổi chất, các chất dự trữ trong hạt bị đốt cháy, tiêu hao dần và giải phóng ra năng lượng do

sự oxy hóa Chất dễ bị oxy hóa trước tiên là các glucid, sau đó là protein, chất béo Quá trình oxy hóa các chất này trong hạt xảy ra phức tạp, qua nhiều giai đoạn và sản phẩm trung gian Sản phẩm cuối cùng của quá trình này là khí CO2, nước và kèm theo

đó là một lượng nhiệt lớn được phóng thích Oxy không khí là tác nhân quan trọng nhất trong tất cả các phản ứng này Mặc dù vậy, sự hô hấp của hạt có thể xảy ra trong

cả hai điều kiện đầy đủ oxy (hô hấp hiếu khí) hoặc thiếu oxy (hô hấp yếm khí)

Khi hạt được bảo quản trong điều kiện bình thường (đúng tiêu chuẩn), hoạt động sống của hạt rất yếu, sự tiêu hao các chất không đáng kể Khi các hoạt động sống của hạt được kích thích, tăng cường thì quá trình hô hấp của hạt được tăng lên, chất dinh dưỡng của hạt bị mất đi nhanh chóng Để theo dõi tình trạng hạt trong quá trình bảo

quản, hai chỉ số thường dùng là cường độ hô hấp và hệ số hô hấp

- Cường độ hô hấp: đặc trưng bằng lượng oxy hạt hấp thụ vào và lượng CO2 do hạt thải ra trong một đơn vị thời gian

- Hệ số hô hấp: là tỉ số thể tích khí CO2 thải ra và thể tích khí oxy hạt hấp thu vào trong một đơn vị thời gian

Hoạt động sống của hạt, hay cường độ hô hấp của hạt phụ thuộc vào nhiều yếu

tố nhưng chủ yếu là độ ẩm và nhiệt độ

Thực tế cho thấy, hoạt động sống của hạt biến đổi rất nhạy với độ ẩm Khi hạt

có độ ẩm chuẩn thì cường độ hô hấp không đáng kể Khi độ ẩm của tăng lên thì cường độ hô hấp bắt đầu tăng nhanh

Ảnh hưởng của nhiệt độ tới cường độ hô hấp của hạt có giới hạn hơn Khi hạt

có độ ẩm thích hợp cho hoạt động sống thì trong khoảng nhiệt độ 50-70oC, cường độ hô hấp tăng dần.Trên 70oC, cường độ hô hấp giảm dần, đến một giới hạn nhiệt nhất định thì hạt ngừng hô hấp

Quá trình hô hấp của các loại hạt diễn ra theo qui luật chung, mặc dù vậy ở mỗi loại hạt, tùy theo thành phần các chất (chủ yếu là dầu và chất hút nước) mà các quá trình có thể thay đổi chút ít

(ii) Sự phá hủy do hoạt động của vi sinh vật

Sau khi thu hoạch, trên bề mặt lớp vỏ ngoài của hạt thường tồn tại các vi sinh vật Sự

có mặt của chúng là do từ đất, bụi, rác, cỏ, lẫn vào theo hạt trong quá trình thu hoạch, vận chuyển, Hoạt động của các vi sinh vật trong khối hạt không những gây ảnh hưởng xấu mà còn là một nguy cơ thường xuyên dễ gây ra sự hư hỏng nặng cho hạt dầu Trên hạt thường có nhiều loại vi sinh vật hiện diện như vi sinh vật hoại sinh, vi sinh vật gây bệnh cho người và gia súc , thường gặp nhất là các enzyme, nấm mốc, vi khuẩn Vi sinh vật sẽ phá hủy hạt từ ngoài vào trong Trong quá trình hoạt động và phát triển, chúng sẽ sử dụng các chất khô của hạt vào quá trình trao đổi chất Dấu hiệu đầu tiên của sự hư hỏng là lớp vỏ của hạt sẽ bị sẫm màu, cấu trúc vỏ bị phá hủy Khi lớp vỏ bảo vệ bị phá hỏng, các vi sinh vật sẽ xâm nhập vào bên trong, nhanh chóng làm hư hỏng và mất chất dinh dưỡng dự trữ trong hạt Ngoài sự mất chất khô, chúng còn tiết ra các chất làm giảm chất lượng sản phẩm (tiết ra các chất gây mùi hôi, đắng, gây màu sẫm đen cho hạt)

Sự hoạt động và phát triển của vi sinh vật cần có môi trường độ ẩm cao Khi độ ẩm tăng thì hoạt động sống của hạt mạnh lên, tỏa nhiệt và tỏa ẩm mạnh Từ đó thúc đẩy trở lại hoạt động sống của vi sinh vật Quá trình tác dụng thúc đẩy nhau giữa hoạt động của khối hạt và vi sinh vật là nguyên nhân thường gây cho cả khối hạt bị bốc nóng, hư hỏng

Trạng thái nhiệt của khối hạt cũng có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của vi sinh vật Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của từng loại không giống nhau, có thể chia làm 3 nhóm chủ yếu:

- Nhóm ưa lạnh: phát triển ở nhiệt độ gần 0oC

- Nhóm các vi sinh vật ưa nhiệt: phát triển ở nhiệt độ gần 50-60oC

- Nhóm vi sinh phát triển mạnh nhất: ở nhiệt độ 20-40oC (đây là nhóm phổ biến

ở hạt)

Ngoài độ ẩm và nhiệt độ, môi trường không khí cũng ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật Hàm lượng oxy tăng sẽ làm tăng hoạt động của vi sinh vật Điều đó chứng tỏ các vi sinh vật trong hạt thuộc loại ưa khí Nồng độ CO2 trong môi trường có tác dụng kìm hãm hoạt động của vi sinh vật Vì vậy, nạp CO2 vào môi trường bảo quản là một biện pháp nhằm để bảo quản khối hạt

Để ngăn ngừa và hạn chế sự hoạt động của vi sinh vật trên hạt, các biện pháp thường dùng như làm lạnh, tạo chân không, nạp khí CO2 cũng tỏ ra khá hữu hiệu, tuy nhiên sấy khô hạt là biện pháp đơn giản, hiệu quả và phổ biến nhất

(iii) Sự hư hỏng hạt do các enzyme phá hủy

Sự phá hủy của một số enzyme đặc trưng thường gặp và quan trọng là enzyme lipase,

phospholipase, lipoxidase Trong đó, phổ biến nhất và thường gây hư hỏng nhiều nhất

là enzyme lipase

- Lipase: có hầu hết trong các loại dầu Chúng thuộc loại enzyme thủy phân có

nhóm hoạt động là canxi Chiều hướng và điều kiện hoạt động của lipase tùy thuộc vào trạng thái sinh lý của hạt Trong quá trình chín của hạt trên cây, lipase có tác dụng kích thích sự tổng hợp từ các acid béo và glycerin thành glycerid Tuy nhiên, trong quá trình chế biến và bảo quản hạt (sau khi thu hoạch), lipase lại có tác dụng ngược lại Chúng xúc tác quá trình phân hủy glycerid thành glycerin và các acid béo tự do, làm cho hàm lượng acid béo tự

do trong dầu tăng, chỉ số acid tăng, giảm chất lượng dầu Vì vậy, sự thủy phân glycerid là tác dụng phá hỏng chủ yếu của lipase đối với hạt dầu trong quá trình bảo quản và chế biến Lipase của hạt dầu chịu được nhiệt độ khá cao Khi để hạt ở 120oC trong 2 giờ thì lipase chỉ giảm 50% hoạt tính hoặc ở 100oC trong

30 giờ thì chỉ mất 40% hoạt tính ban đầu; nhưng ở độ ẩm cao kết hợp với nhiệt

độ cao thì lipase sẽ nhanh chóng bị phá hủy.Cũng như các loại enzyme khác, enzyme lipase chỉ thể hiện hoạt tính cực đại ở một trị số pH nhất định của môi trường Ví dụ: ở hạt thầu dầu, pH tối ưu là 4,5-5; hạt đậu nành pH= 5

- Phospholipase: enzyme thường có trong dầu, tác dụng đặc hiệu là thủy phân,

phá hủy các phospholipid Trên thực tế, phospholipase tồn tại ở 4 dạng A, B, C

và D

Phospholipase A thủy phân lecithin tạo thành isolecithin và 1 phân tử acid béo Dạng B thủy phân isolecithin thành 2 acid béo tự do

Dạng C phân cắt liên kết ester giữa acid phosphoric và glycerin

Dạng D phân cắt liên kết giữa acid phosphoric và baz nitơ

Kết quả các quá trình tác dụng của phospholipase làm giảm phẩm chất của dầu, chỉ số acid tăng, phospholipid bị phá hủy

- Lipoxidase: có tác dụng xúc tác, thúc đẩy phản ứng oxy hóa các acid béo không

no bởi oxy, tạo thành hydroperoxit Hydroperoxit là các hợp chất không bền, dễ phân hủy Kết quả của các phản ứng trên tạo ra trong dầu các chất độc, làm giảm chất lượng sản phẩm Lipoxidase hoạt động tốt nhất ở 20-40oC, trên 80oC

bị mất hoạt tính pH tối ưu từ 6,5- 7,5 Kết quả này cho thấy, quá trình đốt nóng

và giảm pH trong hạt là biện pháp loại trừ, hạn chế sự phá hủy của lipoxidase

(iv) Sự phá hủy do các phản ứng hóa học

Trong hạt có dầu, hầu như có đủ các nhóm chất hữu cơ cũng như vô cơ, đây là cơ chất cho các phản ứng biến đổi khác nhau có thể xảy ra Trong đó, nhóm phản ứng phổ biến nhất là các quá trình hóa học như các phản ứng oxy hóa, thủy phân, sự biến tính nhiệt của protein và phản ứng biến đổi màu Maillard

(v) Sự hư hao do sâu, mọt, chim, chuột

Trong quá trình bảo quản hạt có dầu, các loại sâu, mọt, chim, chuột dễ gây ra những tổn thất đáng kể Chúng sử dụng hạt làm chất nuôi sống và tiết thải ra trên hạt các chất bẩn, hôi thối, thậm chí cả chất gây bệnh

Sự sống và hoạt động của sâu mọt, côn trùng phụ thuộc vào hàm lượng ẩm của hạt Khi hạt bị ẩm cao, chúng sẽ hoạt động và phát triển mạnh và khi hạt khô thì hoạt động yếu dần và chết

Độ nhiệt cũng ảnh hưởng nhiều đến hoạt động của côn trùng Phần lớn sâu mọt chết ở 50-60oC Ở nhiệt độ dưới 0oC, chúng cũng tồn tại nhưng hoạt động yếu hơn Khi nhiệt

độ thấp hơn nữa thì chúng sẽ bị chết dần do sự kết tinh của nguyên sinh chất Nồng độ oxy và CO2 trong môi trường bao quanh hạt cũng có ảnh hưởng lớn đến hoạt động phá hủy của sâu mọt

3.1.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình bảo quản

Nguyên nhân chủ yếu gây nên sự hư hỏng hạt dầu trong quá trình bảo quản là do sự

hô hấp của hạt Cường độ hô hấp trong quá trình bảo quản hạt phụ thuộc vào 3 nhân tố chính: hàm lượng ẩm, độ nhiệt và thành phần không khí quanh khối hạt Những nhân

tố này không những ảnh hưởng đến hàm lượng dầu có trong hạt mà còn ảnh hưởng đến

cả các thành phần sống khác của khối hạt như vi khuẩn sống ký sinh trong hạt hay các tạp chất kèm theo hạt, các loại sâu bọ

protein), nhờ đó hạt dầu có khả năng hấp phụ hơi nước từ ngoài vào hoặc nhả hơi nước

từ trong nội bào ra bên ngoài làm thay đổi độ ẩm của chúng Quá trình hút và nhả ẩm (hơi nước) của hạt phụ thuộc vào độ bão hòa hơi nước trong không khí Khi áp suất riêng phần của hơi nước ở trên bề mặt hạt thì hạt hấp phụ hơi nước vào bề mặt và vào bên trong (các mao quản), độ ẩm của hạt tăng lên Ngược lại, khi áp suất hơi nước trong không khí thấp hơn trên bề mặt hạt, hạt nhả hơi nước ra bên ngoài, độ ẩm hạt giảm xuống Khi áp suất hơi nước trong không khí và trên bề mặt hạt bằng nhau thì quá trình hút hoặc nhả ẩm ngừng lại, độ ẩm của hạt không thay đổi Hạt dầu ở trạng thái này được gọi là hạt cân bằng ẩm Độ ẩm tương ứng gọi là độ ẩm cân bằng của hạt Quá trình hút ẩm của hạt thường chia làm 2 giai đoạn:

- Giai đoạn đầu (giai đoạn hút ẩm liên kết): hơi nước hấp phụ vào giữa các bề mặt

những phân tử dạng keo (hút nước) và được giữ lại trên các bề mặt ấy bằng các nối liên kết hydro khá bền vững Ở dạng ẩm liên kết, nước ít có khả năng tham gia hoặc thúc đẩy các quá trình biến đổi không có ích của hạt

- Giai đoạn hai (hút ẩm tự do): Sau khi kết thúc giai đoạn một, hạt vẫn tiếp tục hút

ẩm vào giữa các phân tử dạng keo, nhờ vào các lực hút tĩnh điện Khi ở dạng ẩm

tự do, nước là yếu tố quan trọng thúc đẩy các quá trình gây hư hỏng hạt, nó tham gia trực tiếp vào các phản ứng hóa học, làm tiêu hao lipid trong hạt

Độ ẩm của hạt ở thời điểm có nước tự do xuất hiện (kết thúc giai đoạn hút ẩm liên kết) gọi là độ ẩm tới hạn hay độ ẩm chuẩn của hạt Độ lớn của độ ẩm tới hạn phụ thuộc vào thành phần hóa học của hạt Nếu hạt có dầu cao, độ ẩm tới hạn của hạt sẽ giảm

Quá trình bảo quản hạt dầu đạt hiệu quả khi độ ẩm bảo quản nhỏ hơn độ ẩm tới hạn Với tất cả các loại hạt dầu, độ ẩm chuẩn có thể xác định bằng công thức:

100

1005,

Ath : Độ ẩm tới hạn (độ ẩm chuẩn) của hạt (%)

M : Hàm lượng dầu trong hạt khô tuyệt đối (%)

14,5 : Độ ẩm ở dạng liên kết của các chất hút nước chứa trong hạt

(ii) Độ nhiệt của hạt

Trong quá trình bảo quản các hạt có dầu, độ nhiệt tăng sẽ làm tăng cường độ hô hấp của khối hạt Độ nhiệt thấp sẽ làm các quá trình sinh hóa trong hạt bị chậm lại, độ nhiệt cao sẽ thúc đẩy quá trình tự bốc nóng trong khối hạt Tuy nhiên, ảnh hưởng của

độ nhiệt đến cường độ hô hấp của hạt có giới hạn hơn Khi hạt có độ ẩm thích hợp cho hoạt động sống của nó, từ độ nhiệt thấp tăng dần lên khoảng 50 – 70oC, cường độ hô hấp của hạt tăng Nhưng khi tăng trên 50 – 70oC, cường độ hô hấp giảm dần, nếu tiếp tục tăng đến một độ nhiệt nhất định, hạt ngừng hô hấp (bị mất hoạt động sống)

(iii) Thành phần khí của không khí giữa khoảng trống của hạt

Ở điều kiện không có O2, hoạt động của vi sinh vật giảm đáng kể Lợi dụng tính chất này, để quá trình bảo quản hạt đạt hiệu quả, cần tạo điều kiện không có O2 trong khối hạt Quá trình loại oxy khỏi khối hạt có thể tiến hành bằng hai cách:

- Sử dụng các chất khí: CO2, N2, khói thay thế vào các khoảng trống của khối hạt

- Phương pháp hóa học: Đưa ngay vào giữa khoảng trống của khối hạt hơi acid propionic hay các chất khí bromua metyl, diclo etan Quá trình này đạt hiệu quả nhanh tuy nhiên nó có khả năng thay đổi phẩm chất của lipid

3.1.1.3 Bảo quản và sơ chế hạt dầu sau thu hoạch

Mục đích của quá trình này nhằm khắc phục các nguyên nhân gây hư hỏng ảnh hưởng đến chất lượng hạt dầu

Phương pháp sơ chế hạt dầu phụ thuộc vào đặc điểm, tính chất của hạt dầu cũng như quy mô và điều kiện sản xuất chế biến

Quá trình sơ chế hạt dầu tổng quát gồm các công đoạn sau:

Hạt tươi

↓ Phơi sấy

↓ Làm sạch

↓ Thông gíó cưỡng bức

↓ Làm nguội

↓ Bảo quản

Hình 3.1 Các công đoạn sơ chế hạt dầu sau thu hoạch

(i) Làm sạch

Tạp chất thường là những chất vô ích trong quá trình bảo quản, chế biến, nó còn là nguồn sản sinh ra các loại vi sinh vật phá hoại các điều kiện sống bình thường của hạt Hỗn hợp tạp chất thường làm cho sản phẩm có mùi khó chịu Mục đích của quá trình làm sạch hạt nhằm loại bỏ các tạp chất vô cơ có hại như đất, đá, sỏi, kim loại có trong hạt dầu làm tăng độ tro, giảm lượng lipid và protein trong hạt dầu, gây bẩn sản phẩm

như cỏ rác, thân vỏ cây tồn tại theo hạt dầu sau thu hoạch gây tăng ẩm nguyên liệu, thúc đẩy quá trình tự bốc nóng và là nguồn cung cấp vi sinh vật có hại

Các phương pháp làm sạch hạt thường sử dụng như :

ký sinh nhờ nhiệt độ sấy

Dựa vào tính chất của quá trình truyền nhiệt có thể sử dụng các phương pháp như đối lưu, dẫn nhiệt hay bức xạ nhiệt để làm khô hạt Trong đó, sấy hạt nhờ vào quá trình đối lưu nhiệt phổ biến và mang lại hiệu quả cao Nguồn nhiệt sử dụng là không khí đốt nóng hoặc các sản phẩm cháy của nhiên liệu đi qua lớp hạt ẩm Tùy thuộc vào mục đích sấy, độ ẩm ban đầu của nguyên liệu, kích thước nguyên liệu có thể tiến hành sấy cùng chiều hay ngược chiều Phương pháp sấy đối lưu cùng chiều được áp dụng nhiều

(iii) Thông gió cưỡng bức

Ý nghĩa chính của quá trình thông gió cưỡng bức là hạ được độ nhiệt và làm khô một phần ẩm của các đống hạt mà không cần phải đảo trộn chúng Ngoài ra thông gió cưỡng bức cho hạt còn có thể sử dụng tốt trong các phương án tổng hợp của các máy sấy nhằm:

- Sơ bộ làm khô hạt ở kho trước khi chuyển đi sấy,

- Làm nguội hạt sau khi sấy giúp tăng hiệu suất máy sấy,

- Giảm độ ẩm của hạt trong quá trình bảo quản,

- Loại trừ các ổ tự bốc nóng của hạt

(iv) Làm nguội hạt

Hạt khi ra khỏi thùng sấy thường có độ nhiệt cao, tiến hành bảo quản ngay thường làm tăng độ ẩm của hạt do hơi nước trong không khí ngưng tụ lại trên bề mặt lớp hạt Ngoài ra, quá trình làm nguội hạt thường làm giảm thêm lượng ẩm của hạt khoảng 1%

Nguyên tắc chính của quá trình làm nguội hạt sử dụng không khí mát thổi qua các hộp chóp và hạt thì rơi ở phía ngoài chóp

(v) Bảo quản hạt

Để bảo quản hạt khô thường sử dụng các xilô chứa hạt Trong quá trình bảo quản, cần kiểm tra thường xuyên tình trạng hạt thông qua việc xác định độ nhiệt, độ ẩm, chỉ số acid của hạt nhằm phát hiện và khắc phục kịp thời tình trạng hư hỏng nếu có của khối hạt

3.1.2 Giai đoạn tiền xử lý hạt dầu

Các hạt có dầu thường chứa từ 1/ 4 đến 3/ 4 lipid Thành phần lipid này không nằm ở dạng tự do mà được kết hợp chặt chẽ với các thành phần khác trong nguyên liệu như protein, glucid và được giữ lại trong nội bào hạt Chính vì nguyên nhân này, hạt dầu trước khi được tách chiết cần phải trải qua quá trình chuẩn bị nhằm mục đích:

- Tăng hiệu suất quá trình trích ly: Dầu được di chuyển ra ngoài bề mặt hạt qua các công đoạn chuẩn bị

- Giúp nguyên liệu có cấu trúc tính chất phù hợp cho quá trình tiếp theo

- Giảm hao tốn nguyên liệu

Hai công đoạn chủ yếu trong quá trình tiền xử lý là tách vỏ hạt và nghiền hạt dầu

3.1.2.1 Tách vỏ hạt

(i) Mục đích

- Tăng hàm lượng dầu của nguyên liệu chế biến: Dầu trong mô tập trung chủ yếu ở nhân hạt, vỏ quả và vỏ hạt có một lượng rất ít với thành phần không giống thành phần lipid ở nhân Vì vậy khi chế biến hầu hết các loại hạt dầu cần tiến hành tách nhân, mô chứa dầu chủ yếu khỏi lớp vỏ ngoài của hạt chứa ít dầu Ngoài ra, vỏ quả và vỏ hạt có tính xốp, hấp thu dầu, hình thành liên kết giữ dầu lại ở vỏ, tăng tổn thất dầu

- Nâng cao năng suất thiết bị công nghệ: Vỏ quả và vỏ hạt có độ bền cơ lớn hơn rất nhiều so với nhân sẽ gây giảm hiệu suất làm việc của máy, thiết bị, gây chóng mòn các bộ phận làm việc của máy

- Tăng chất lượng dầu: Lipid của vỏ hạt với thành phần chủ yếu là sáp và các chất tương tự lẫn vào dầu sẽ làm giảm giá trị cảm quan cũng như chất lượng dầu

vỏ, giữ cho nhân không xay xát Khi xát vỏ, công được chi dùng cho phá vỡ vỏ và giải phóng nhân Dưới tác động của tải trọng đập lên vỏ hạt, vỏ sẽ bị phá vỡ

Các phương pháp phá vỡ vỏ hạt thường được sử dụng trong công nghệ sản xuất dầu:

- Phá vỡ vỏ hạt do ma sát với bề mặt nhám

Sử dụng thiết bị có vành nhám trên thân hay máy xát khí động học, chuyển hạt vào máy với vận tốc xác định, tiếp xúc bề mặt hạt với bề mặt nhám hình thành lực cản hãm chuyển động của hạt, vỏ sẽ tróc ra khỏi nhân

- Phá vỡ vỏ hạt do sự va đập lên bề mặt rắn

Nguyên lý: Vỏ hạt chuyển động với vận tốc nào đó (không cố định) va đập lên bề mặt

rắn chuyển động, vỏ hạt vỡ ra tách khỏi nhân

Tùy thuộc loại hạt mà vận tốc dòng hạt khác nhau Thí dụ như trong tách quá trình tách vỏ hạt hướng dương, với vận tốc 10 m/s, vỏ bắt đầu tróc khỏi hạt, khi tăng vận tốc

65 m/s, vỏ bị phá vỡ hoàn toàn, tuy nhiên với vận tốc này, tỷ lệ hạt bể là 25%

Thiết bị sử dụng cho quá trình tách vỏ hạt theo phương pháp này có thể là máy xát kiểu cánh búa, máy xát ly tâm

- Phá vỡ vỏ hạt do cắt hạt bằng cơ cấu dao

Nguyên lý: Hạt rơi vào khe giữa các dao chuyển động và dao tĩnh, các lưỡi dao bố trí trên đĩa quay sẽ xát vỏ, giải phóng nhân

Thiết bị: Máy xay dĩa, xay dao

- Phá vỡ vỏ hạt do nén ép trong khe giữa các trục quay

Hạt rơi vào khe trục quay của máy cán 1 đôi trục, có 2 bề mặt nhẵn và mặt nhám, rãnh khía sẽ bị nén, vỏ bị xé nứt ra và tách khỏi nhân

(iii) Các nhân tố ảnh hưởng đến xay xát vỏ hạt

Khi độ ẩm hạt tăng: Nếu cỡ hạt được chỉnh phù hợp với vận tốc, vỏ dễ bị phá vỡ, lượng nhân nguyên cao, nhưng chi phí điện năng tăng Trường hợp cỡ hạt không phù hợp với vận tốc, lượng nhân nguyên giảm rõ rệt

- Kích thước hạt

Khối hạt đồng đều về kích thước, hiệu quả xát vỏ tăng, dễ dàng điều chỉnh chính xác chế độ làm việc của máy xát

Với khối hạt có cùng độ ẩm, hạt lớn dễ tróc vỏ hơn hạt bé, đồng thời việc tiêu thụ điện năng cũng ít hơn Thí dụ: Hạt hướng dương có độ ẩm 6-7 %, với cỡ hạt 6 mm, vận tốc xát 31m/s; với cỡ hạt < 6mm, vận tốc xát 34 m/s

(iv) Phân ly hỗn hợp xay

Thành phần hỗn hợp sau xay chủ yếu gồm:

- Nhân nguyên, nhân nửa,

- Mảnh nhân vỡ lớn, nhỏ, trung bình,

- Vỏ nguyên, nát,

- Bụi dầu (cám)

3.1.2.2 Phương pháp tách vỏ khỏi nhân

Sau quá trình xay, để có thể tách riêng từng thành phần trong hỗn hợp ra khỏi nhau, quá trình phân ly bằng sàng phân loại kích thước hay sử dụng tính chất khí động học của các thành phần để phân ly nhờ quạt gió được ứng dụng

Các thiết bị phân ly thường dùng như:

quá trình khuếch tán dầu Hàm lượng dầu trong vỏ thải không vượt quá 0,5% Năng suất: 50-60 tấn hạt/ngày

- Sàng điện

Máy sàng điện gồm 2 phần: phần tĩnh điện (điện cực) và phần khung sàng phân tách nhân và vỏ dựa trên sự khác biệt tính chất vật lý và điện lý của chúng Năng suất 200 tấn hạt/ngày Tỷ lệ nhân lẫn theo vỏ <0,26% Hiệu suất phân ly 97,6- 98,2%

- Sàng đập

Máy sàng đập làm việc theo nguyên lý tác động cơ học lên hỗn hợp xay Quá trình tách nhân khỏi vỏ, hạt nguyên vỏ, hạt bị cắt dập được thực hiện theo 2 bước:

- Đầu tiên đập tung nhân ra khỏi các hạt đã bị vỡ và vỏ

- Tách riêng nhân ra khỏi vỏ bằng sàng

Lượng hạt nguyên vỏ lẫn theo vỏ thải ≤ 1%

- Sàng tinh

Máy làm sạch liên hợp giữa máy sàng lắc kép và quạt gió Hỗn hợp xay được phân đều lên mặt sàng trên Nhân và các phần vỏ vụn lọt sàng rơi xuống mặt sàng dưới Hạt nguyên vỏ, nhân nguyên và vỏ không lọt sàng rơi vào vùng hộp gió Quạt hút lấy vỏ dẫn theo dòng không khí vào xylon, sau đó vào máy sàng đập, hạt không lọt sàng trên, rơi xuống hộc chứa, từ đó đem xay lại Nhân và vỏ vụn rơi xuống mặt sàng dưới được chia 2 thành phần: nhân lọt sàng rơi xuống tấm hứng , vỏ không lọt sàng trượt trên bề mặt sàng xuống hộp gió Dòng không khí do quạt gây ra tiếp tục hút một phần vỏ, phần vỏ còn lại trên mặt sàng dưới rơi chung với dòng nhân lọt mặt sàng dưới

Năng suất máy sàng tinh 70 tấn hạt/ ngày

Nhân ra khỏi sàng dưới của máy sàng tinh có lượng vỏ không lớn hơn 10- 12%

3.1.2.3 Nghiền nguyên liệu chứa dầu

(ii) Kỹ thuật nghiền

Muốn phá vỡ tế bào của một vật thể cứng thường phải sử dụng lực cơ học Tùy thuộc

độ bền cơ học của từng loại nguyên liệu mà sử dụng các loại lực nghiền khác nhau Do

đó việc chọn một loại thiết bị nghiền phải dựa vào tính chất cơ học của nguyên liệu kết

Các loại máy nghiền thường sử dụng: nghiền trục (máy cán trục), nghiền búa, nghiền đĩa Trong đó, máy nghiền trục được sử dụng phổ biến nhất

Tùy thuộc loại nguyên liệu, điều kiện nghiền khác nhau:

- Đậu phộng

- Độ ẩm trước khi nghiền < 8,5%

- Sử dụng máy nghiền 2 đôi trục

- Mức độ phá vỡ nhân (lượng bột lọt sàng ở các đường kính khác nhau): Với đường kính d= 1mm là 10-15%, d= 2 mm đạt 70-80%

- Dừa

Cùi dừa có hàm lượng dầu cao, kích thước dày và dài Do đó, trước khi nghiền cần cắt cùi dừa thành từng mảnh có chiều dài 20- 25 mm

Nghiền qua 2 thiết bị :

- Nghiền búa đến kích thước lọt qua lỗ rây d=1 mm là 15%

- Nghiền nhỏ bằng máy nghiền 2 đôi trục

- Đậu nành (đậu tương)

Đậu nành có hàm lượng dầu tương đối cao, kích thước hạt nhỏ, thường sử dụng máy nghiền 2 đôi trục hay 1 trục, có rãnh khía Mức độ phá vỡ nhân ở d= 1mm xấp xỉ 60%

(iii) Sự biến đổi tính chất của nguyên liệu trong quá trình nghiền

- Sự phá hủy cấu trúc tế bào

Ưu điểm khi tiến hành nghiền các hạt chứa dầu là cấu trúc các mô tế bào bị phá vỡ, dầu từ bên trong nội bào giải phóng ra ngoài bề mặt, tăng hiệu suất quá trình ép hay trích ly Tuy nhiên, quá trình này làm cho bề mặt tự do của nguyên liệu trở nên lớn, dầu trên bề mặt nguyên liệu tiếp xúc với không khí, quá trình oxy hóa dầu (ôi hóa) diễn ra nhanh chóng

Trong quá trình nghiền, một phần dầu trong tế bào được thoát ra trên bề mặt và nằm lại đó dưới tác dụng của lực liên kết phân tử, một phần dầu còn sót lại sẽ nằm yên trong các mảnh tế bào bị phá hủy, gây tổn thất dầu Nếu lực nghiền càng nhỏ thì hàm lượng dầu giữ lại trong nguyên liệu càng nhiều

- Biến đổi hóa học và sinh hóa của hạt khi nghiền

Dầu trong nội bào sau khi giải phóng ra do việc phá vỡ cấu trúc tế bào khi nghiền, hấp phụ trên một diện tích rộng lớn ở bề mặt các hạt bột Trong quá trình đó, nguyên liệu nguyên liệu có những biến đổi hóa học và sinh hóa nhất định

Nguyên nhân chủ yếu do:

- Tác động cơ học của lực nghiền

- Tác động của nhiệt sinh ra do ma sát giữa nguyên liệu với bề mặt nghiền và