Công nghệ chế biến dầu mè tinh luyện

Đây là tài liệu rất tốt cho công việc của các bạn ngành CNTP.

MỤC LỤC

NGUYÊN LIỆU 1

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU MÈ TINH LUYỆN 6

THUYẾT MINH QUY TRÌNH 8

SO SÁNH ƯU NHƯỢC ĐIỂM HAI QUY TRÌNH 38

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ 39

SẢN PHẨM DẦU MÈ 44

NGUYÊN LIỆU

I GIỚI THIỆU

− Cây mè là loại cây lá khổ rộng được trồng vào vụ mùa hè, thuộc họ

cây Pedaliaceae, có hoa hình chuông và lá đối nhau

Scientific classification

Kingdom: Plantae

Division: Magnoliophyta

Class: Magnoliopsida

Family: Pedaliaceae

Species: S indicum

Binomial name

Sesamum indicum L

− Mè là cây trồng hằng năm, thân thẳng đứng có thể cao từ 4 – 7 feet (50 – 100 cm)

Hình 1 Cây mè

− Hoa xuất hiện khoảng 38 – 45 ngày sau khi trồng, với 2 hoa trên một cuống có sau 35 – 40 ngày Một vài loại có khoảng 6 hoa trên một cuống có sau 25 – 40 ngày Hạt mè vô định hình Một và nơi trên thế giới, cây sẽ tiếp tục trổ hoa từ khi cắt đi

− Hầu hết các quả nang sẽ tách ra khi trưởng thành Trên một nang thường chứa khoảng chừng 50 – 80 hạt Với quả nang đầu tiên có độ cao từ 1 – 2.5 feet từ mặt đất, phụ thuộc vào độ ẩm, phân bón, nhiệt độ và nhiều yếu tố khác

Hình 2 Hạt mè vàng và hạt mè đen

− Hạt mè chủ yếu được trồng để lấy dầu, những hạt này có những màu sắc thay đổi từ trắng kem đến màu đen tuyền Những hạt mè nhỏ thường được dùng toàn bộ trong nấu ăn giúp cho việc làm tăng mùi thơm của thức ăn và chế tạo dầu mè Hạt mè đôi khi cũng được dùng làm bánh mì, bao gồm bánh mì nướng kiểu vòng tròn và rắc trên mặt bánh mì Hạt mè, có thể được nướng bên trong bánh quy giòn, thường ở dạng que

− Mè được trồng phổ biến ở các quốc gia vùng nhiệt đới (nhất là ở Ấn Độ) Có nhiều loại mè: mè đen, mè vàng, mè một vỏ và mè hai vỏ Dầu ép ra từ hạt có màu vàng nhạt đến vàng (đối với mè vàng), có mùi thơm đặc trưng.

− Hạt mè chứa khoảng 44– 52.5% dầu, 18 – 23.5% protein, 13.5% carbohydrate, 5.3% khoáng, 5.2 – 6% ẩm (Johnson, Suleiman & Lucas, 1979; Kahyaoglu & Kaya, 2006).

− Các acid béo trong hạt mè, tính theo phần trăm tổng acid béo, như sau: 45.3 – 49.4% oleic, 37.7 – 41.2% linoleic và 12 – 16% acid béo bão hòa (SFAs)

Bảng 1 Thành phần acid béo trong hạt mè

− Hạt mè giàu mangan, đồng và calcium (90mg/1 muỗng súp hạt chưa bóc vỏ, 10mg đã bóc vỏ) và chứa vitamine B1 (Thiamine) và vitamine E (chứa chủ yếu là 2 loại: α-tocopherol 50 – 373ppm và γ-tocopherol 90 – 390ppm) Chúng chứa đựng một số chất có khả năng chống oxy hoá như lignans – có khả năng chống ung thư

− Hạt mè cũng chứa phytosterols hàm lượng tổng là 900 – 3000ppm Những phytosterols chủ yếu gồm có: β-sitosterol (>80% tổng phytosterols), campesterol (khoảng 10%) và stigmasterol (<5%)

− Chất dinh dưỡng của hạt mè được hấp thụ tốt nếu chúng được nghiền hoặc nghiền thành bột trước khi sử dụng

Hình 3 Cấu trúc các lignans trong hạt mè

II CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG

1. Chỉ tiêu chất lượng của hạt mè đưa sản xuất

− Hạt mè đưa vào sản xuất phải chứa 98% hạt mè vàng

− Cảm quan: không có lẫn sạn, đá, cát, không có sâu mọt, không vón

cục

− Độ ẩm: không quá 6%

− Tạp chất: không quá 2%

− Hàm lượng dầu: tối thiểu 44%

− Acid béo tự do (FFAs): không quá 2% tính theo acid oleic

2. Chỉ tiêu chất lượng của dầu mè thô

− Vật lý:

Tỷ khối: 0.91 – 0.92 g/ml

Chỉ số khúc xạ ở 300C: 1.4665 – 1.472

− Hóa học:

Acid béo tự do (FFAs): không quá 3% tính theo acid oleic

Thành phần acid béo no (chủ yếu là acid palmitic): 12 – 15%

Thành phần acid béo không no (chủ yếu là oleic và linoleic): 75 – 78%

Độ ẩm: tối đa 0.5%

Chỉ số Iod: 103 – 120 mg I2/g

Chỉ số xà phòng: 186 – 196 mg KOH/g

Hàm lượng chất không xà phòng hóa: 0.8%

− Cảm quan: có mùi thơm đặc trưng của dầu mè, không có mùi ôi chua

và mùi lạ

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU MÈ TINH

LUYỆN III Quy trình 1: Tách dầu bằng phương pháp ép

Nghiền

Lọc Thủy hóa

Trung hòa

Ly tâm

Tẩy trắng Lọc Khử mùi Lọc

IV Quy trình 2: Tách dầu bằng phương pháp trích ly

Sàng, Phân Loại

Expander Trích ly

Hạt mè

Tạp chất

Sản phẩm

Nghiền

Lọc Chưng cất

Trung hòa

Ly tâm

Tẩy trắng Lọc Khử mùi Lọc

THUYẾT MINH QUY TRÌNH

1. Phân loại và tách tạp chất

a Mục đích: Chuẩn bị cho quá trình nghiền

− Tạp chất thường gặp là thân, vỏ, lá, hạt vỏ, bụi, đá nhỏ và những loại hạt khác lẫn vào

− Do kích thước hạt có liên quan đến hàm lượng dầu trong hạt nên để khống chế các chỉ tiêu kỹ thuật trong quá trình được dễ dàng yêu cầu nguyên liệu đưa vào sản xuất phải đồng nhất về kích thước

− Mặt khác, quá trình sản xuất yêu cầu một độ sạch nhất định, các tạp chất sẽ làm giảm năng suất tách dầu, ảnh hưởng bất lợi đến chất lượng dầu, tăng

độ mài mòn và gây nguy hiểm đến thiết bị

b Biến đổi

− Vật lý: loại tạp chất, trọng lượng khối hạt giảm

− Cảm quan: chất lượng khối hạt đồng đều

− Trong khi chất thải tách ra từ nam châm được bỏ đi, các vật liệu khác

có thể được dùng làm chất đốt, hoặc có thể thêm vào trong thức ăn gia súc

Hình 4 Thiết bị sàng rung

Hình 5 Cấu tạo thiết bị sàng rung

− Thông số kỹ thuật:

2. Sấy

a Mục đích: Chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo

Hạt mè có độ ẩm cao làm giảm hiệu suất của quá trình nghiền cũng như gây khó khăn cho tách dầu

Khi nhiệt độ quá 630C sẽ làm tăng đặc biệt màu của bã dầu và dầu, làm biến tính protein, tăng nồng độ nonhydratable phosphatide trong dầu thô

− Hóa lý: có sự chuyển pha của nước trong nguyên liệu sang dạng hơi

− Hóa sinh: (không đáng kể) góp phần vô hoạt enzyme

Hình 6 Thiết bị sấy tầng sôi

Hệ thống gồm thiết bị sấy có kết cấu phức tạp; các bộ lọc thô, lọc tinh không khí 1 và 2; bộ lọc khí thải 9; calorifer 4; các quạt 3 và 10; guồng tải 11 để vận chuyển các hạt dạng bụi từ các phễu của bộ lọc túi 8; cyclone 7 và đầu xoay 6.

− Nguyên tắc hoạt động:

Không khí nóng thổi vào qua hai mức Ở mức đầu tiên, không khí được gia nhiệt ở calorifer và được quạt thổi qua bộ phận nhập liệu, lôi cuốn theo khối hạt vào buồng sấy Tại đây, không khí nóng từ mức hai thổi vào sẽ sấy khối hạt Với vận tốc thổi thích hợp, dòng khí này cũng sẽ đưa khối hạt qua cyclone thu hồi

Hạt thu hồi ở bồn chứa bên dưới cyclone Bụi sẽ theo không khí ra ngoài theo đường khí thải

Nhiệt độ cho phép để đun nóng: 55 – 600C

Đường kính buồng xoáy: 1500 mm

Công suất động cơ: 22 kW

3. Nghiền

a Mục đích: Chuẩn bị cho quá trình tách dầu

− Dầu chủ yếu tập trung ở nhân phân bố trong các khe vách tế bào ống mao quản nhỏ, liên kết chặt chẽ với nhau bởi lực liên kết bề mặt

b Biến đổi:

− Vật lý: (chủ yếu) kích thước hạt giảm, hạt mất hẳn hình dạng ban

đầu trở thành dạng bột hoặc dạng vảy, do đó các thông số như độ xốp, độ ẩm… cũng thay đổi theo

− Hoá học: khi nghiền, do ma sát sinh nhiệt độ (không đáng kể) có thể

xảy ra một số phản ứng thủy phân, phản ứng oxy hóa, đồng thời ở nhiệt độ cao

có thể gây biến tính sơ bộ một số protein và một số phản ứng tạo màu, mùi…

− Hoá sinh: khi nghiền, cấu trúc tế bào bị phá vỡ, dầu trong nội bào

được giải phóng, hấp phụ lên bề mặt các hạt bột Do đó nguyên liệu dễ xảy ra các quá trình oxy hoá, thủy phân do enzyme

− Sinh học: khi các hạt bị phá vỡ cấu trúc, vi sinh vật có nhiều điều

kiện tiếp xúc với cơ chất bên trong gây hư hỏng

− Cảm quan: xuất hiện một số màu, mùi khó chịu

c Thiết bị: thiết bị nghiền trục.

− Cấu tạo: thiết bị gồm 2 cặp trục có vận tốc mỗi trục khác nhau

Cặp trục bên trên có rãnh tác dụng đập, mài, băm, cắt hạt, kéo căng

Cặp trục bên dưới bề mặt nhẵn có tác dụng cán

Trên khe trục thường bố trí chốt kim loại để ngăn bột dính bết vào trục

Hình 7 Thiết bị nghiền trục và mô tả nguyên lý nghiền hạt

− Nguyên tắc hoạt động:

Hạt dầu được đưa vào trục nạp liệu nhờ tấm hướng dòng, nguyên liệu được phân phối đều lên khe hai trục do lực ma sát bề mặt và trọng lực bản thân hạt

Tại cặp trục trên, hạt sẽ bị cuốn vào, đầu tiên sẽ bị nén, sau đó do vận tốc hai trục khác nhau mà hạt sẽ bị kéo căng, các mô vỏ hạt sơ bộ bị xé rách

Tiếp theo, ở cặp trục tiếp theo, hạt bị cán, nén và lọt qua khe trục, rơi xuống băng tải vận chuyển bên dưới

a Mục đích: chuẩn bị cho quá trình tách dầu

− Quá trình expander sẽ làm đứt hoặc làm yếu các liên kết giữa dầu và

bề mặt các hạt bột nghiền, dầu chuyển sang trạng thái tương đối tự do, tạo cho nguyên liệu có được cấu trúc mới, thuận lợi cho quá trình ép dầu dễ dàng hơn, chi phí điện năng ít

− Ép đùn chuẩn bị cho quá trình ép dầu là quá trình ép đùn khô, có bổ sung ẩm cho nguyên liệu trước khi vào thiết bị expander, sau khi ra khỏi thiết bị, nguyên liệu có dạng bột

Bay hơi một số hợp chất gây mùi

Làm biến tính protein hình thành cấu trúc “sạn”, giúp dầu và bã dễ tách

ra, không cho hòa tan phospholipid

− Hóa lý: Liên kết dầu trở nên lỏng lẻo, dầu linh động hơn và dễ dàng

thoát ra khi ép

− Hóa sinh: vô hoạt các enzyme ảnh hưởng xấu cho chất lượng dầu:

Lipase làm tăng hàm lượng FFA

Lipoxygenase nguyên nhân tạo peroxide cao và những sản phẩm oxy hóa thứ yếu

Phosphalipase xúc tác tạo nonhydratable phospholipids rất cao

Myrosinase: nguyên nhân hình thành hợp chất sulful gây khó tiêu hóa và

tạo mùi cho sản phẩm

− Sinh học: tiêu diệt nấm mốc và vi sinh vật

c Thiết bị: sử dụng thiết bị Expander

Nguyên liệu dạng bột sau khi đi qua cửa nhập liệu sẽ được phun sương

bổ sung ẩm Chuyển động của trục vis sẽ đẩy nguyên liệu về cuối máy Trong khi di chuyển bên trong lòng thiết bị, áp suất lớn sẽ nén nguyên liệu thành khối mật độ cao, tế bào bị phá vỡ cấu trúc

Khi mới ra khỏi thiết bị, khối bột dạng ống hoặc dạng viên Do chênh lệch

áp suất và nhiệt độ, ẩm bay hơi nhanh, làm phá vỡ cấu trúc hạt bột một lần nữa, liên kết của dầu với các thành phần khác trở nên lỏng lẻo hơn Tại đầu ra,

ta thu nguyên liệu ở dạng bột

− Hóa học: khi ép dầu ở áp lực cao sẽ xảy ra sự nén ép và tăng nhiệt

gây biến tính protein, làm giảm tính tan của protein Áp lực trong máy ép càng cao, nguyên liệu trong máy ép nóng lên làm cho sự biến tính thêm sâu sắc

c Thiết bị: Sử dụng máy ép trục vis

− Cấu tạo:

Thiết bị ép trục vis bao gồm một buồng cứng nằm ngang chứa vis xoắn

ốc bằng thép không rỉ Bước vis tăng dần từ từ đến không thay đổi, để tăng áp suất lên nguyên liệu khi nó được đưa vào buồng ép

Bên dưới buồng ép có đục lổ cho phép dầu thoát ra ngoài thông qua hệ thống rãnh dẫn và chảy dồn về máng hứng Để thu hồi dầu về bể chứa, người

ta còn bố trí thêm hệ thống turbine chuyển dầu về đường ống dẫn

Bánh ép được thải ra ở lối ra buồng ép và áp suất trong buồng được điều chỉnh bằng đường kính của cửa tháo Bộ phận điều chỉnh chiều dày bã ép còn gọi là cửa ra khô

Hình 9 Thiết bị ép dầu

Một thiết bị ép trục vis còn được bố trí một số vòng tiết lưu (throttle rings) bên trong buồng ép nhằm góp phần tạo chuyển động rối loạn cho bột

ép, tạo nên sự đảo trộn và tăng hiệu suất ép dầu

Hình 10 Cấu tạo bên trong máy ép trục vis

− Nguyên tắc hoạt động:

Khi máy làm việc, trục vis quay làm cho bề mặt các gân vis tác động lên nguyên liệu, đẩy chúng di chuyển theo đường xoắn ốc Trong quá trình chuyển động bột luôn được xáo trộn

Khi nguyên liệu được đẩy về phía trước, trong lòng ép xảy ra sự nén nguyên liệu và lực nén càng tăng khi lên khi bước vis càng ngắn, đường kính

các đoạn vis càng tăng Do bước vis càng ngắn dần về phía ra khô nên áp lực

ép cũng được tăng dần

Đoạn vis đầu có bước vis dài, đường kính nhỏ nên ở đây chỉ xảy ra sự dồn nén và cuộn nguyên liệu vào, dầu hầu như chưa thoát ra

Sang các đoạn vis tiếp theo, bước vis ngắn hơn nên áp lực cao hơn, do

đó dầu thoát ra nhiều

Ở đoạn cuối cùng bước vis ngắn nhất, tạo áp lực cao nhất song dầu còn lại ít nên gần như dầu không thoát ra hoặc ngừng chảy

• Vì vậy, dầu chủ yếu thoát ra nhiều ở các đoạn vis giữa

Phía cuối trục có bố trí bộ phận điều chỉnh cửa ra khô nên nguyên liệu không di chuyển tự do mà bị nén lại Lực ma sát giữa nguyên liệu, lòng ép và gân vis xuất hiện Mặt khác, nguyên liệu được giữ lại bởi lực cản của các gờ dao gạt, các gờ mút của thanh căn lòng ép Khi qua cửa ra khô, bột bị nén thêm lần nữa làm cho khối bột sít nhau hơn nên bã ra có hình dạng nhất định

d Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất ép:

− Điều kiện của nguyên liệu (bột ép): độ ẩm, độ xốp…

− Độ phá vỡ của tế bào

− Bề dày của nguyên liệu ép và khả năng chống lại sự biến dạng của nguyên liệu

− Tốc độ tăng áp suất, thời gian ép và áp suất cao nhất được dùng

− Nhiệt độ của nguyên liệu và độ nhớt của dịch lỏng ép

e Thông số công nghệ:

− Tần số quay của trục vis: 4.5 – 6 rpm

− Năng suất: 4000 – 8000 kg/h

− Bánh dầu còn sót 5 – 8% dầu

Cảm quan: dầu có màu sắc trong, sáng hơn, chất lượng dầu tốt hơn.

c Thiết bị: sử dụng máy lọc khung bản

− Cấu tạo:

Các khung và bản có cùng kích thước xếp liền nhau trên khung máy Hình dạng của bản có thể là hình vuông, chữ nhật hoặc tròn Bản thường đứng, nhưng trong một vài máy lọc thì khung và bản được đặt ngang

Khung rỗng bên trong và bên trên có lổ để cho dịch lọc có thể đi vào

Bản được đúc và bên trên bề mặt có bố trí các gờ có tác dụng hướng dòng cũng như tạo khe hở cho dầu sau khi lọc chảy ra

Các bản được bọc lớp vải trên bề mặt

Các khung, bản ép với nhau nhờ bơm thủy lực hoặc pittong

Hình 11 Thiết bị lọc khung bản và khung bản

− Thông số kỹ thuật:

Kích thước bản: rộng có thể từ 6 – 56 inches, dày từ 1/4 – 2 inches

Kích thước khung: dày từ 1/4 – 8 inches

− Năng suất lọc từ 10000 lb/h (khoảng 4500kg/h)

− Áp suất lọc thay đổi từ 0.3 – 1 MPa

7. Thủy hóa

Dầu thô được bơm từ bể chứa vào thiết bị gia nhiệt, sau đó được đưa qua thiết bị khuấy trộn có cánh khuấy Tại đó, dầu sẽ được trộn với nước Nước sẽ hòa tan các chất lơ lửng trong dầu, các chất nhũ hóa và các chất hòa tan trong nước

Hình 12 Quá trình thủy hóa và tách gum

a Mục đích: hoàn thiện

− Loại các chất không tan trong dầu như phospholipid và các phức chất như: phosphatidyl choline (PC), phosphatidyl ethanolamine (PE), phosphatidyl inositol (PI), phosphatidic acid Những chất này có thể chuyển thành dạng nhũ tương trong quá trình tinh luyện, hoặc có thể bị oxy hóa tạo ra

màu, mùi không mong muốn Ngoài ra, khi dầu đã qua thủy hóa sẽ giảm nguy

cơ kết lắng trong quá trình bảo quản

− Mặc khác, ta có thể tận thu lecithin (phosphatidyl choline), là chất xúc tác nhũ hóa được ứng dụng nhiều trong thực phẩm và mỹ phẩm

Hình 13 Các phức chất không tan

hóa do chúng có cấu trúc ion lưỡng tính, nhưng nếu PE hòa lẫn các ion kim loại (như Ca2+) thì mức độ hydrate hóa giảm

Vị trí của liên kết acid phosphoric trong cấu trúc phospholipid sẽ ảnh hưởng tới khả năng tác dụng của nước Khi acid phosphoric tấn công vào các carbon xa liên kết glycerol sẽ tạo thành α-lipoid, và nếu ở trung tâm thì tạo thành β-lipoid Trong khi α – lipoid dễ phản ứng với nước và kết lắng thì ngược lại β-lipoid không hydrate hóa

− Cảm quan: cải thiện độ trong của sản phẩm.

c Thiết bị:

− Cấu tạo: thiết bị kín bằng thép không gỉ, hình trụ đáy côn, có vỏ áo,

bên trong có cánh khuấy

Hình 14 Thiết bị thủy hóa

− Hoạt động:

Dầu sau khi được phối trộn với nước có bổ sung H3PO4 sẽ được làm đồng nhất khi đi qua thiết bị High Shear Mixer Bên trong thiết bị High shear mixer

có cánh khuấy đặc biệt giúp khuấy trộn và phân phối đều các giọt lỏng

Sau khi đã đồng nhất, dòng chất lỏng được đưa vào thiết bị khuấy trộn có gia nhiệt Bên dưới thiết bị là cửa tháo sản phẩm, một phần sản phẩm sẽ được hồi lưu trở lại bồn khuấy

Dầu sau khi thủy hóa sẽ được đưa qua hệ thống ly tâm để tách gums

Các ion bổ sung sẽ giúp cho quá trình tách pha dễ dàng hơn

Ở đây ta dùng ion của acid hữu cơ vì chúng ít tạo cặn, dễ tách pha

Trong quá trình thủy hóa trình bày trong phần này, ta sử dụng bổ sung

H3PO4 đậm đặc 85% với hàm lượng 0.005%

− Nước:

Nước phải được làm mềm

Nếu lượng nước quá nhỏ khó tách hết cặn

Lượng nước dư thừa tạo thành một pha riêng và sự xuất hiện 3 pha làm quá trình ly tâm gặp khó khăn

Số lượng nước thêm vào được điều chỉnh thông qua nồng độ gums, khoảng từ 50% – 100% số lượng gums trong dầu, thường từ 1.5 – 3% dầu

e Thông số công nghệ:

− Nhiệt độ dầu: phải được kiểm soát trong suốt quá trình thủy hóa

Dầu được gia nhiệt từ 60 – 800C trong thiết bị trao đổi nhiệt

Mục đích: phá hủy hệ nhũ tương và làm giảm độ nhớt của dầu, giúp quá trình phối trộn tốt hơn, rút ngắn thời gian từ 10 – 15 phút

− Áp suất: ở áp suất dư 310 – 345 KPa, dầu bị thủy hóa còn khoảng 90ppm phosphorus và cặn dầu chứa khoảng 72% phospholipids

Khi tăng áp suất dư cho chất lượng dầu tốt và giảm tổn thất dầu

Ngược lại, khi áp suất dư thấp (< 310kPa) có nhiều gums còn lại trong dầu và nồng độ phospholipid trong cặn không đáng kể

− Quá trình khuấy:

Tốc độ khuấy: 40 rpm

Thời gian khuấy: 20 – 30 phút

8. Ly tâm

a Mục đích: hoàn thiện

Hỗn hợp dầu sau quá trình thủy hóa gồm có: dầu, gums, acid phosphoric và các muối phosphate… Quá trình ly tâm để cặn thủy hóa, dầu sau ly tâm sẽ trong và chứa ít tạp chất hơn

b Biến đổi:

− Hóa lý: xảy sự tách pha, cặn thủy hóa trong dầu sẽ tách ra dưới tác

dụng của lực ly tâm và thải ra ngoài định kỳ

− Cảm quan: Cải thiện độ trong của sản phẩm

c Thiết bị: sử dụng máy ly tâm đĩa

Hình 15 Thiết bị ly tâm tách gums

Hình 16 Cấu tạo thiết bị ly tâm