Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng nguyên liệu đến CNCB dầu gấc

Hồ Chí Minh, Tháng 11/2014TRƯỜNG ĐẠI HỌCCÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ------Tiể u luận NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU ĐẾN CÔNG NGHỆ CHẾ BI

TP Hồ Chí Minh, Tháng 11/2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌCCÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

- -Tiể

u luận

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU ĐẾN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU GẤC

GVHD: Th.S Nguyễn Hữu Quyền

MỤC LỤC

1 Tổng quát về trái Gấc 1

1.1 Đặc điểm thực vật học 2

1.2 Thành phần hóa học của trái Gấc 3

1.3 Giá trị của trái Gấc trong đời sống 4

2 Tổng quát về Dầu Gấc 4

2.1 Thành phần hóa học của dầu Gấc 4

2.1.1 Thành phần chính 4

2.1.2 Các thành phần phụ 5

2.2 Tính chất 7

2.2.1 Tính chất vật lý: 7

2.2.2 Tính chất hóa học 7

3 Phương pháp khai thác dầu Gấc 8

3.1 Phương pháp truyền thống 9

3.2 Phương pháp trích ly bằng dung môi 9

3.2.1 Đặc điểm của phương pháp trích ly 9

3.2.2 Bản chất của phương pháp trích ly 9

3.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình trích ly 10

3.2.4 Các phương pháp trích ly 12

4 Kết luận 13

5 Tài liệu tham khảo 14

1 Tổng quát về trái Gấc

1.1 Đặc điểm thực vật học

Momordica cochinchinensis (Lour) Spreng (Gấc) thuộc họ Cucurbitaceae, giống Momordica và loài Cochinchinensis Cây này được định dạng là Muricia Cochinchinensis vào năm 1979 bởi Loureiro Sau đó, năm 1826 Sprengel đã kết luận rằng cây Gấc thuộc giống Momordica và đã đổi tên thành Momordica cochinchinensis (Lour) Spreng Loài này có mặt ở các nước Nam Á như Trung Quốc, Miến Điện, Lào, Campuchia, Ấn Độ,…

Gấc là loại cây thân dây leo hàng năm thuộc chi mướp đắng, là loài đơn tính khác gốc (dioecious); cuối đông sau khi thu hoạch quả người ta chặt đốn tận gốc, sang xuân cây lại leo lên tươi tốt Từ gốc mọc ra nhiều thân mới, mỗi dây có nhiều đốt, mỗi đốt

có lá Lá Gấc nhẵn mọc so le, hình thùy chân vịt, chia thùy khá sâu, lá to dài từ 1025cm, mặt trên xanh lục thẫm, phía dưới màu vàng nhạt Hoa Gấc màu vàng, đơn tính, nở hoa tháng 5,6 ở phía Bắc, trong Nam có nhiều vụ Trung bình, cần khoảng 1820 ngày để quả có thể chín từ khi nụ hoa cái xuất hiện Một cây có thể cho khoảng 3060 quả trong một năm

Quả Gấc hình tròn hay bầu dục, dài từ 610cm và chiều rộng 46cm Loại này

có màu xanh lục, có gai, khi chín chuyển dần từ màu vàng sang đỏ Bên trong lớp vỏ

là lớp thịt vàng, mềm, kế tiếp là những hạt Gấc được bao bọc bởi màng màu đỏ máu,

Hình 1: Hạt Gấc

Hình 2: Lá Gấc Hình 3: Gấc là một loài câyleo

xếp hàng dọc Hạt Gấc màu đen, hình tròn dẹt, có răng cưa, trong hạt có nhân trắng chứa nhiều dầu Ở Việt Nam, trọng lượng quả khoảng 5001600g Một kg quả gồm khoảng 190g màng và 130 hạt Màng hạt khi chín có vị thơm dễ chịu hoặc không có mùi Tất cả các bộ phận của Momordica cochinchinesis đều có thể sử dụng trong y học truyền thống

Có hai loại Gấc được trồng phổ biến ở Việt Nam là

- Gấc nếp: trái to, nhiều hạt, gai to, ít gai Khi chín chuyển sang màu cam rất đẹp.

Bổ trái ra, bên trong cơm vàng tươi, màng bao bọc hạt có màu đỏ tươi rất đậm

- Gấc tẻ: trái nhỏ, có ít hạt, gai nhọn Trái chín bổ ra bên trong cơm màu vàng và

màng bao bọc hạt thường có màu đỏ nhạt hoặc hồng không được đỏ tươi như Gấc nếp

Do đó, người ta thường chọn Gấc nếp để chế biến thực phẩm vì Gấc nếp trái to, khi chín nhiều cơm và có màu sắc đẹp

1.2 Thành phần hóa học của trái Gấc

Màng tế bào của quả Gấc gồm các thành phần như sau:

Hình 4: Trái gấc Hình 5: Hoa gấc

Hình 6: Trái gấc nếp Hình 7: Trái gấc tẻ

Bảng 1: Các thành phần trong màng tươi của quả Gấc chín

Thành phần Giá trị (%)

Nguồn: www.gactuoikieuphuong.com

1.3 Giá trị của trái Gấc trong đời sống

Trong gia đình, thịt Gấc được dùng để nhuộm màu các loại xôi, chế biến các món

ăn, có tác dụng thay phẩm màu trong chế biến thực phẩm vừa có tác dụng phòng chống suy dinh dưỡng, thiếu vi chất,…

Nước ép trái cây và dạng dầu Gấc có chứa hàm lượng tương đối cao chất dinh dưỡng thực vật

Thay thế Sudan-một loại chất tạo màu cho thực phẩm và mỹ phẩm đang thực sự

là mối lo ngại cho người tiêu dùng với nguy cơ ung thư cao

Gấc còn được dùng trong y học, có các hợp chất β-caroten, lycopen, α-tocopherol,…

Dầu Gấc bổ sung vitamin A cho trẻ con chậm lớn, khô mắt, quáng gà, kém ăn, mệt mỏi,…

2 Tổng quát về Dầu Gấc

2.1 Thành phần hóa học của dầu Gấc

2.1.1 Thành phần chính

Triglyceride là thành phần chủ yếu của dầu mỡ chứa từ 9598% của hạt dầu Cấu tạo hóa học là este của rượu 3 chức với acid béo

CHOH + R2COOH  CHOCOR3+3H2O

Trygliceride dạng hóa học tinh khiết không màu, không mùi, không vị

Glycerol Acid béo Tryglycerid

Khối lượng phân tử tương đối cao nên không bay hơi ở cả điều kiện chân không cao Ở nhiệt độ trên 2402500C, áp suất 1atm thì triglyceride sẽ bị thủy phân thành các sản phẩm bay hơi của sự thủy phân hóa học Vì vậy, người ta phải khử mùi trong điều kiện chân không và nhiệt độ cao

Dưới tác dụng của các enzym thủy phân, khi có nước và nhiệt độ, trygiceride sẽ

bị thủy phân cắt ở liên kết este và bị thủy phân thành acid béo tự do (cũng có trong các loại dầu thực vật)

Tồn tại khoảng 20 acid béo trong tự nhiên, chúng khác nhau bởi số lượng của các nối đôi

Bảng 2: Một vài acid béo quan trọng của dầu Gấc

Linolenic 18:3 (n-3, n-6, n-9) Arachidonic 20:4 (n-6, n-9, n-12, n-15)

2.1.2 Các thành phần phụ

2.1.2.1 Acid béo tự do

Acid béo tự do là các loại acid béo không nằm trong liên kết giữa este và diglyceride

Acid béo làm cho dầu bị chua

Chất béo bị thủy phân là do enzym lipase có trong nước

2.1.2.2 Mono và điglyceride

Gồm đầu ưa nước và đầu kỵ nước Trong công nghệ thực phẩm nó được dùng như một chất nhũ hóa Tuy nhiên, nó cũng gây khó khăn trong phân ly giữa dầu và nước trong quá trình tinh luyện hóa học, thúc đẩy phản ứng oxy hóa chất béo

2.1.2.3 Các phospholipit

Hàm lượng phospholipit trong dầu Gấc chiếm từ 0.253%

Cấu tạo của phospholipit như sau

CH2OCOR1 CHOCOR2 OH CH2O PH–O–X

O Phospholipit đóng vai trò là chất hoạt động bề mặt trong trao đổi chất, chuyển hóa các chất béo, trong quá trình thẩm thấu qua màng tế bào,… thường được dùng trong y học, thực phẩm

Hợp chất điển hình là lecithin và cephalin hàm lượng phosphotidid có trong dầu

mỡ từ 0.53%

2.1.2.4 Các sterol

Là những rượu cao phân tử có cấu tạo phức tạp và phân bố rộng rãi, tan tốt trong dầu Gấc Trong tự nhiên chúng có thể tồn tại dạng este Hàm lượng của chúng từ 0.42.9% (chủ yếu là tocopherol) Các sterol chứa trong dầu Gấc chủ yếu là phirosterol

2.1.2.5 Vitamin

Đa số là vitamin A, D, E, K và các vitamin có khả năng hòa tan trong chất béo Ngoài ra, có một số hợp chất có khả năng tạo ra sinh tố thường gọi là β-caroten là tiền vitamin A và egosterol là tiền vitamin D

Trong đó, có tocopherol (40250mg) có hoạt tính vitamin E có tác dụng chống oxy hóa cho dầu rất tốt, dầu có hàm lượng tocopherol cao bảo quản tốt hơn dầu có hàm lượng tocopherol thấp

2.1.2.6 Các chất màu tự nhiên

Dầu mỡ nói chung và dầu Gấc nói riêng có màu sắc là do sự tồn tại của một số chất có tính tan trong dầu (đây được gọi là chất không xà phòng)

Carotenoid là nguồn gốc của các màu chói sáng (vàng, cam và đỏ) của nhiều trái

cây ăn được (cam, dâu,…), các loại rau (cà rốt, cà chua, Gấc,…), của các loại nấm, hoa, tảo, vi khuẩn, chúng cũng có mặt trong các sản phẩm động vật

Lycopen có nhiều trong dầu Gấc đến mức có thể tự kết tinh thành những tinh thể,

đây là chất carotenoid có khả năng chống lão hóa rất mạnh và vô hiệu 75% các chất gây ung thư

Xantophil phân tán trong lá cây và trong cánh hoa với hàm lượng gần 10% so với

chất màu có ở đó

2.2 Tính chất

2.2.1 Tính chất vật lý: Dầu Gấc là một chất lỏng màu đỏ sậm.

Tỉ trọng: D20 = 0.460.97 nhẹ hơn nước Tỉ trọng của dầu Gấc tăng khi giảm khối lượng phân tử và tăng theo độ bất bão hòa có trong chuỗi cacbon

Chỉ số khúc xạ: ηD = 1.4741.748, chỉ số khúc xạ càng lớn mức độ không no càng lớn

Độ nhớt: có tính nhớt và giảm theo độ tăng của nhiệt độ.

Tính tan: tan tốt trong ether dầu hỏa, etanol, chlorofom và axeton, không tan

trong nước và cồn lạnh

2.2.2 Tính chất hóa học

2.2.2.1 Phản ứng thủy phân

Với sự hiện diện của nước và hơi nước, dầu bị thủy phân để giải phóng acid và glycerin.Phản ứng có xúc tác acid vô cơ hay enzym.Thực chất quá trình thủy phân xảy

ra 3 giai đoạn, trong đó mỗi giai đoạn là một phản ứng thuận nghịch

Giai đoạn 1:

CH2OCOR2 + H2O ↔ CH–OCOR2 + R1COOH

Giai đoạn 2:

CH2OCOR2 + H2O ↔ CH–OCOR2 + R3COOH

Giai đoạn 3:

CH2OCOR2 +H2O ↔ CH–OH + R2COOH

2.2.2.2 Phản ứng xà phòng hóa

Tác dụng xà phòng hóa điều kiện nhiệt độ, áp suất, xúc tác phù hợp

xt

Diglycerid Monoglycerid

xt

xt

CH2OCOR CH2–OH

CHOCOR + 3H2O ↔ CH–OH + 3RCOOH

CH2OCOR CH2–OH

RCOOH + NaOH  RCOONa + H2O

Phương trình tổng quát

CH2OCOR CH2–OH CHOCOR + 3NaOH ↔ CH–OH + 3RCOONa CH2OCOR CH2–OH

2.2.2.3 Phản ứng oxi hóa

Khi tiếp xúc với oxy không khí, glycerid, acid béo có thể tác dụng với oxi chủ yếu theo mạch cacbon Kết quả của quá trình oxy hóa này làm xuất hiện những chất mới có tính chất mới Các sản phẩm thường là peroxyt, cetoacid,…

Nếu oxy hóa không sâu, sự thay đổi chủ yếu là tính chất cảm quan như mùi, vị của dầu mỡ Những thay đổi này gọi là sự ôi hỏng của dầu mỡ, thường xảy ra khi bảo quản ở các điều kiện thích hợp cho quá trình oxy hóa

Trong một số trường hợp khác, quá trình oxi hóa sâu thì trong dầu mỡ xuất hiện những tính chất hóa, lý mới Từ dầu oxi hóa mạnh có thể nhận được các vật liệu quý Sản phẩm của oxi hóa dầu có thể chia làm ba nhóm như sau

 Sản phẩm của sự phân hủy gốc cacbuahydro của acid béo chưa no

 Sản phẩm có các nhóm chức chứa oxy

 Sản phẩm chứa các acid béo đã bị polyme hóa hoặc trùng hợp, trong phân tử của chúng có các nhóm chức chứa oxy

2.2.2.4 Phản ứng hydrogen hóa

Trong điều kiện thích hợp (áp suất cao, nhiệt độ cao và xúc tác bột niken) các acid béo không bão hòa sẽ thực hiện phản ứng cộng hidro (hidrogen) để chuyển nối

đôi thành nối đơn và chuyển đồng phân từ dạng cis sang trans.

3 Phương pháp khai thác dầu Gấc

Hiện nay có 2 phương pháp khai thác dầu Gấc, tùy theo quy mô công nghiệp và điều kiện sản xuất mà lựa chọn phương pháp thích hợp, nhưng trước khi khai thác màng đỏ của Gấc phải được sấy ở 60 – 700C và được nghiền thành bột

3.1 Phương pháp truyền thống

Trong trường hợp chúng ta muốn sử dụng dầu Gấc trong gia đình hay trong một thời gian ngắn, chúng ta có thể sử dụng mỡ heo hay dầu đậu phộng để trích ly Đầu tiên các chất này phải đun nóng ở nhiệt độ 60 – 700C, tiếp theo bột Gấc được đưa vào Nhờ vào công đoạn này, các lipit chứa trong bột Gấc hòa tan trong mỡ hay dầu đậu phộng rồi chúng được tách ra để loại bỏ bã Dầu này được giữ trong một lọ kín tránh ánh sáng

Ưu điểm: dễ thực hiện, không đòi hỏi thiết bị phức tạp và kỹ thuật cao.

Nhược điểm: đưa thêm cả thành phần Cholesterol vào trong dầu Gấc (trong mỡ

heo hay đậu phộng có nhiều Cholesterol) ảnh hưởng đấn sức khỏe

3.2 Phương pháp trích ly bằng dung môi

Trích ly là quá trình ngâm chiết làm chuyển dầu từ nguyên liệu vào dung môi thực hiện bằng khuyến tán phân tử (chuyển dầu từ nội tâm nguyên liệu vào dung môi)

và khuyến tán đối lưu (chuyển dầu từ bề mặt nguyên liệu từ dung môi)

Ưu điểm: phương pháp này có hiệu suất trích ly cao hơn, ít gây ảnh hưởng đến

các những thành phần có giá trị như: -Caroten, Lycopen, Tocopherol (Vitamin E), …

Nhược điểm: sử dụng nhiều dung môi trong quá trình trích ly nên ảnh hưởng đến

sức khỏe

Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay trong sản xuất cũng như trong nghiên cứu

3.2.1 Đặc điểm của phương pháp trích ly

Dựa vào tính hòa tan tốt của dầu trong dung môi hữu cơ như xăng, n-Hexan hay ether mà người ta trích ly dầu ra khỏi bột nghiền chưng sấy, số lượng dung môi theo tỉ

lệ thích hợp

3.2.2 Bản chất của phương pháp trích ly

Trích ly là quá trình ngâm chiết làm chuyển dầu từ nguyên liệu vào dung môi thực hiện bằng khuếch tán phân tử (chuyển dầu từ nội tâm nguyên liệu vào dung môi)

và khuếch tán đối lưu (chuyển dầu từ bề mặt nguyên liệu vào dung môi)

Lúc đầu, dung môi chỉ hòa tan lớp dầu trên bề mặt bột Sau đó mới thấm sâu vào bên trong, tiếp tục hòa tan dầu trong các ống mao quản tạo ra mixen (dung dịch dầu trong dung môi) Mixen được làm sạch bằng phương pháp lắng, lọc và ly tâm Chưng cất mixen được dầu thô và dung môi thu hồi

Quá trình hòa tan dầu vào dung môi diễn ra cho đến khi đạt đến sự cân bằng nồng độ mixen ở các lớp bên trong và bên ngoài của nguyên liệu Việc tạo ra sự chêch lệch thường xuyên ổn định giữa nồng độ mixen trong nguyên liệu vào bên ngoài nhờ dùng dung môi chuyển động (do bơm) mang nguyên liệu trích ly

3.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình trích ly

3.2.3.1 Nguyên liệu

Lựa chọn Gấc: Chọn những quả Gấc đỏ đủ độ chín, vỏ ngoài từ 2/3 trở lên, gai

nhỏ đều và thưa, cuống to sẽ cho thịt Gấc đỏ và dày, bỏ những quả bị sâu, thối hỏng, như vậy ta sẽ thu được phần ruột phía trong cho chất lượng tốt nhất, trích ly dầu cao nhất

Mức độ phá vỡ của mô

Mức độ cơ học hay lý học nghĩa là mô quá cứng cũng ảnh hưởng tới năng suất trích ly Đó là một nhân tố cơ bản đẩy nhanh và làm triệt để tiến hành trích ly bởi dung môi Với cấu trúc tế bào hoàn toàn bị phá vỡ, các phân tử có thể tiếp xúc hoàn toàn với dung môi (Kitrigin, 1976)

Đối với kích cỡ và dạng các phân tử nguyên liệu, thật rõ ràng rằng có một mối lợi nhân đôi khi thực hiện công việc trên các phân tử mịn: quá trình thẩm thấu sẽ nhanh hơn Ngoài ra, với kích cỡ và hình dạng thích hợp, quá trình chuyển động của các phân

tử trong máy trích ly sẽ dễ dàng hơn Dẫu vậy, độ nhỏ của các phân tử cũng phải có giới hạn: một kích cỡ nhỏ quá mức sẽ làm giảm khả năng thấm của lớp vật liệu rắn vào dung môi, do làm tắt các ống mao dẫn, cản trở tiến trình trích ly ở một vài vị trí, nơi

mà dung môi không thể thấm qua

Theo Kitrigin (1976), kích cỡ của các phân tử thích hợp cho trích ly dầu từ 0,5mm đến 9 mm

Độ ẩm

Độ ẩm cao sẽ làm chậm quá trình khuếch tán và gây ra sự dính bết giữa các phân

tử Nước còn lại trong nguyên liệu sẽ liên kết protein và các chất háo nước khác, điều này làm ngăn chặn sự thấm của dung môi, làm chậm quá trình khuếch tán phân tử và đối lưu

Tùy theo từng loại hạt có độ ẩm khác nhau mà ta có dung môi thích hợp để trích ly.Các loại hạt khác nhau có ẩm độ thích hợp riêng trong trích ly bằng dung môi Theo Kitrigin (1976), ẩm độ thích hợp của hạt hướng dương từ 8% đến 10% trong xăng,

trong khi đó ẩm độ của đậu nành là 14% trong êtanol (Lê Bạch Tuyết và cộng sự, 1996)

3.2.3.2 Tỷ lệ dung môi và nguyên liệu

Với khối lượng nguyên liệu ban đầu cố định, khi lượng dung môi gia tăng, quá trình trích ly diễn ra nhanh chóng và lượng dầu còn lại trong bã sẽ giảm

Bermardini (1997) đã chỉ ra rằng lượng dung môi có tầm quan trọng trên hàm lượng dịch trích ly đến tỷ lệ dung môi : hạt dầu (thể tích: khối lượng) 18:1, đối với hạt hướng dương, đậu phộng, sự gia tăng trên tỷ lệ này làm hiệu suất trích ly tăng chậm và nếu tỉ lệ trên 88:1 năng suất trích ly là một hằng số

3.2.3.3 Nhiệt độ trích ly

Nhiệt độ tác động phức tạp, nhiệt độ gia tăng làm tăng hiệu suất trích ly Nhưng nhiệt độ quá cao sẽ có tác động ngược lại bởi việc làm biến tính các sản phẩm cần trích ly

3.2.3.4 Thời gian trích ly

Sự kéo dài của thời gian kéo theo sự gia tăng năng suất trích ly nhưng không nên kéo dài vì điều này sẽ không làm gia tăng hiệu suất lên bao nhiêu, bởi vì dầu còn lại trong bã ngày càng giảm

Theo Bernardini (1997), một lượng lớn dầu được trích ly trong 4 giờ trích ly đầu tiên Đây là thời điểm kết thúc quá trình trích ly thích hợp để lượng dầu lấy ra tương đối nhiều nhất mà không tiêu hao nhiều năng lượng và dung môi

3.2.3.5 Loại dung môi

Nhiều dung môi như benzen, etanol, propan, butan, freon, axetone, n-Hexan, ether dầu hỏa đã được sử dụng để trích ly dầu Gấc Thế nhưng dung môi được sử dụng thông thường nhất là n-Hexan

Việc lựa chọn dung môi dựa trên các vấn đề sau: hằng số điện môi, là một dấu hiệu tốt cho độ phân cực, điểm sôi hay các chỉ số khác như khả năng trộn lẫn với các dung môi khác hay tính dễ dàng làm sạch nó (West, 1984 được trích dẫn bởi Richard

và Multon, 1992)

Trong thực tế không tồn tại dung môi lý tưởng, nhưng chọn lựa dung môi sử dụng phải dựa vào các yêu cầu sau:

+ Giá thành không đắt: chi phí và sự mất mát có giới hạn

+ Trích ly có chọn lọc và dễ dàng