LỜI MỞ ĐẦUiiiDANH MỤC CÁC BẢNGivDANH MỤC CÁC HÌNHivCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU DẦU THỰC VẬT11.1.Khái niệm chung11.2.Phân loại11.3.Quá trình tạo thành dầu trong nguyên liệu chứa dầu11.4.Thành phần hóa học của hạt21.4.1.Chất béo21.4.2.Hợp chất không béo không xà phòng hóa41.4.3.Hợp chất chứa Nito (có đặc tính protein và phi protein)51.4.4.Glucide và những dẫn xuất của chúng51.4.5.Chất khoáng (chất tro)5CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA LIPID72.1.Tính chất vật lý chung của Lipid72.2.Tính chất hóa học72.2.1.Phản ứng xà phòng hóa72.2.2.Phản ứng thủy phân82.2.3.Phản ứng rượu thủy phân92.2.4.Phản ứng cộng hợp92.2.5.Phản ứng đồng phân hóa102.2.6.Phản ứng oxy hóa11CHƯƠNG 3: MỘT SỐ LOẠI NGUYÊN LIỆU CÓ DẦU123.1.Nhóm acid lauric123.1.1.Dừa123.1.2.Cọ dầu143.2.Nhóm acid oleic và linoleic163.2.1.Lạc (đậu phộng)163.2.2.Dầu mè183.2.3.Cám gạo203.2.4.Hạt hướng dương233.3.Nhóm acid linolenic (đậu nành)253.4.Nhóm acid linolenic (hạt cải dầu)273.5.Một số loại nguyên liệu có dầu không phổ biến293.6.Các nguồn dầu mới29KẾT LUẬN30TÀI LIỆU THAM KHẢO31
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU DẦU THỰC VẬT
Khái niệm chung
Dầu thực vật được chiết xuất từ các loại thực vật có khả năng tích trữ một lượng dầu lớn, đủ để khai thác ở quy mô công nghiệp với hiệu quả kinh tế cao, như lạc, dừa và đậu nành.
Phân loại
Theo phạm vi sử dụng và thời vụ thu hoạch, người ta phân loại nguyên liệu dầu thực vật thành:
Nguyên liệu theo thời vụ thu họach: cây lâu năm (dừa, trảu…), cây hàng năm (lạc, vừng ).
Nguyên liệu dầu thực vật chứa các axit béo không no như oleic, linolenic và linolic, thường có trong dầu cám và dầu đậu nành, giúp dầu ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ thường Ngược lại, các nguyên liệu chứa axit béo no như Palmitic và Lauric, có trong dầu dừa, thường ở thể rắn.
Phân loại theo tính chất của dầu: dựa vào chỉ số iode của dầu, người ta phân loại ra thành:
Dầu khô, còn gọi là dầu trảu hoặc dầu vỏ hạt điều, có chỉ số iode từ 130 đến 246 Loại dầu này khi được quét lên bề mặt sẽ tạo thành một lớp màng sau một thời gian.
Dầu bán khô: Có (IV) trung bình, khoảng 85 ÷ 130, qua chế biến có thể thành dầu khô hay không khô.
Dầu không khô, có (IV) bé (< 85) dùng làm thực phẩm.
Quá trình tạo thành dầu trong nguyên liệu chứa dầu
Cấu trúc giải phẫu của quả và hạt dầu ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ lý và công nghệ chế biến Đối với những mô vỏ và hạt có cấu trúc chắc chắn, việc phá vỡ chúng trước khi ép hoặc trích ly là cần thiết để tách dầu một cách triệt để.
Quá trình hình thành dầu trong hạt diễn ra khi hạt chín, với các hợp chất vô cơ và hữu cơ quang hợp từ lá chuyển qua rễ và biến thành chất dự trữ Chất dự trữ chủ yếu là tinh bột, và khi hạt chín, hàm lượng tinh bột giảm dần trong khi hàm lượng dầu tăng lên Ở giai đoạn đầu của quá trình chín, dầu chủ yếu là axít béo tự do, nhưng sau đó, axít béo tự do giảm và hàm lượng triglycerid tăng lên.
Quá trình này xãy ra theo ba giai đoạn:
Glyxêrin kết hợp với một axit béo tạo Monoglycerid
Monoglyxêrit kết hợp với một axit béo nữa tạo ra Diglycerid
Cuối cùng Diglyxêrit kết hợp với một axit béo nữa tạo thành Triglycerid
Nếu Glycerin kết hợp với ba phân tử axit béo cùng loại, ta có Triglycerid đồng thể:
Nếu Glycerin kết hợp với các phân tử axit béo không cùng loại, ta có
Triglycerid đối xứng hoặc không đối xứng:
Khi tiến hành sản xuất mà nguyên liệu còn non, bị bệnh thì hàm lượng
Triglycerid thấp dẫn đến chất lượng dầu thu được kém Nếu nguyên liệu chứa dầu không được bảo quản tốt, quá trình thủy phân sẽ xảy ra, tạo ra Glycerin và axit béo.
Thành phần hóa học của hạt
Lipid là thành phần quan trọng trong nguyên liệu dầu, quyết định giá trị sử dụng của chúng trong ngành công nghiệp Chúng là những chất hòa tan tốt trong dung môi không cực, chiếm từ 1/4 đến 3/4 khối lượng nguyên liệu Trong nguyên liệu dầu, lipid thường kết hợp với các chất khác như protit và gluxit để tạo thành những hợp chất bền vững.
CH2OCOR CHOCOR CH2OCOR
CH2OCOR1 CH2OCOR2 CHOCOR2
Lipit chủ yếu tồn tại dưới dạng triglyxêrit, chiếm 95-98% trong nguyên liệu dầu, với các axit béo thường là mạch thẳng, no hoặc không no, chứa từ 16 đến 22 nguyên tử cacbon, phổ biến nhất là từ 16 đến 18 Các axit béo như axit oleic (C18:1) và axit panmitic (C16:0) dễ hấp thụ nhưng dễ bị oxy hóa, dẫn đến tình trạng ôi khét và polyme hóa Tính chất của dầu được xác định bởi thành phần axit béo và vị trí của chúng trong phân tử triglyxêrit, trong khi glyxêrin trong triglyxêrit là đồng nhất ở tất cả các loại dầu Triglyxêrit tinh khiết không có màu, mùi hoặc vị, nhưng màu sắc và mùi vị của dầu thực vật phụ thuộc vào tính ổn định của các chất kèm theo Hầu hết dầu thực vật chứa các phân tử triglyxêrit có khối lượng phân tử lớn, không bay hơi ngay cả trong điều kiện chân không cao Dưới tác động của enzym thủy phân, triglyxêrit dễ bị phân cắt và tạo thành axit béo tự do trong dầu thực vật.
Photpholipit là một loại lipit phức tạp, bao gồm photpho và nitơ, thường chiếm từ 0,25% đến 2% tổng lượng dầu trong nguyên liệu Công thức hóa học của photpholipit là:
Nếu X là hidro thì photpholipit là axit photphatit Axit photphatit có trong nguyên liệu chứa dầu ở dạng muối kim loại Tùy thuộc vào việc tác động của các giai đoạn công nghệ lên quá trình chế biến mà hàm lượng photpholipit có mặt trong dầu thay đổi trong phạm vi tương đối lớn.
Photpholipit, mặc dù có giá trị dinh dưỡng cao, nhưng dễ bị oxy hóa do hoạt động hóa học mạnh, dẫn đến hỏng sản phẩm Để khắc phục, trong quá trình chế biến, người ta thường loại bỏ photpholipit khỏi dầu bằng cách xử lý với một lượng nhỏ nước, khiến chúng mất khả năng hòa tan trong dầu và kết tủa thành cặn Tuy nhiên, phương pháp thủy hóa không hoàn toàn hiệu quả, vì vẫn còn tồn tại 0,2 ÷ 0,4% photpholipit không thủy hóa trong dầu, như axit photphatit Khi chế biến nguyên liệu chứa dầu, photpholipit có thể kết hợp với gluxit, tạo ra những sản phẩm có màu sẫm.
Sáp là một lipit đơn giản, được hình thành từ ester của các axit béo có mạch cacbon dài (từ 24 đến 26 nguyên tử cacbon) và rượu một hoặc hai chức Công thức cấu tạo của sáp thể hiện sự kết hợp giữa các thành phần này.
Sáp có trong hạt và quả của nhiều loại thực vật chứa dầu, đóng vai trò bảo vệ chúng khỏi tác động xấu từ môi trường Trong quá trình sản xuất, sự hiện diện của sáp trong dầu có thể gây đục do hình thành các hạt tinh thể sáp nhỏ, tạo thành mạng lưới lơ lửng khó tách Khi nhiệt độ giảm, sáp sẽ đông đặc, do đó cần hạ nhiệt độ của dầu để tách sáp hiệu quả.
1.4.2 Hợp chất không béo không xà phòng hóa
Những chất không béo, không xà phòng hóa trong dầu là nhóm hợp chất hữu cơ hòa tan tốt trong dầu và dung môi dầu, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo màu sắc và hương vị cho dầu Hàm lượng của chúng dao động từ 0,4 đến 2,9% tùy thuộc vào giống hạt, điều kiện sinh trưởng và phương pháp tách dầu Quy trình tách dầu mạnh mẽ có thể làm tăng lượng chất này trong dầu Các hợp chất này bao gồm caroten (màu vàng đến đỏ), clorofin (màu xanh), cùng với các chất gây mùi như tecpen và hidrocacbua Ngoài ra, dầu còn chứa các rượu đa vòng không no như sterol và tocopherol, trong đó cholesterol là một sterol có liên quan đến nguy cơ bệnh tim mạch.
1.4.3 Hợp chất chứa Nito (có đặc tính protein và phi protein)
Các hợp chất chứa nitơ, chủ yếu là protein, chiếm từ 1/5 đến 1/4 khối lượng nguyên liệu, với hơn 90% là protein Một số nguyên liệu như đậu nành có hàm lượng protein rất cao, từ 1/3 đến 1/2 khối lượng hạt, dẫn đến việc bã dầu được sử dụng làm thức ăn cho người hoặc gia súc Protein có tính háo nước, nên dưới điều kiện nhiệt độ và độ ẩm nhất định, chúng sẽ trương nở, giúp dầu thoát ra dễ dàng Hiểu rõ tính chất này, nhà sản xuất có thể điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm phù hợp để tối ưu hóa hiệu suất thu hồi dầu.
1.4.4 Glucide và những dẫn xuất của chúng
Gluxit là sản phẩm ban đầu của quá trình quang hợp và được dùng làm
Nguyên liệu để xây dựng các hợp chất trong hạt chứa dầu bao gồm gluxit tự nhiên, chủ yếu là xenlulo và hemixenlulo Xenlulo thường tập trung chủ yếu ở vỏ hạt Hàm lượng xenlulo và hemixenlulo trong các loại nguyên liệu chứa dầu khác nhau có thể dao động từ 6% đến 46%.
Các nguyên tố khoáng trong tro từ nguyên liệu chứa dầu có hàm lượng cao hơn từ 1,8 đến 2,2 lần so với thực vật khác, chủ yếu là oxit của photpho, kali và ma-giê, chiếm 90% tổng lượng tro Những nguyên tố này rất quan trọng cho các hoạt động sống của hạt, vì chúng là thành phần của enzym và tham gia vào việc vận chuyển năng lượng trong cơ thể sống Bên cạnh đó, còn tồn tại một số nguyên tố phóng xạ như uran và rađi, với hàm lượng phụ thuộc vào vùng đất canh tác.
TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA LIPID
Tính chất vật lý chung của Lipid
Dựa vào các tính chất cơ lý, chúng ta có thể đánh giá chất lượng hạt một cách sơ bộ Nhiều biện pháp kỹ thuật trong xử lý và chế biến hạt cũng cần dựa vào những tính chất này để thực hiện tính toán chính xác Một số tính chất quan trọng bao gồm độ ẩm, kích thước hạt, và độ cứng.
Hình dạng và kích thước của hạt.
Trọng lượng riêng của hạt.
Tỷ trọng: tỷ trọng của dầu mỡ nhẹ hơn nước, vào khoảng 0,91 – 0,976, mức độ không no của dầu càng lớn thì tỷ trọng càng lớn.
Chỉ số khúc xạ vào khoảng 1,418 - 1,474, nếu mức độ không no của dầu càng lớn thì chỉ số khúc xạ càng cao.
Các loại dầu đều có tính nhớt, nhiệt độ càng cao thì độ nhớt càng giảm, những loại dầu có nhiều oxy acid đều có độ nhớt cao.
Thong thường dầu không tan trong nước, cồn lạnh, nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ như ete, benzene, etxang, CS2, CCl4…
Điểm đông đặc của hỗn hợp acid béo tách ra từ dầu thường được sử dụng để xác định thành phần của dầu, với điểm đông đặc cao cho thấy sự hiện diện nhiều acid béo no Ngược lại, acid béo có phân tử lượng thấp sẽ có điểm đông đặc thấp hơn Mỗi loại dầu có một phạm vi điểm đông đặc riêng biệt, điều này làm cho việc xác định điểm nóng chảy trở nên khó khăn.
Tỷ nhiệt của dầu vào khoảng 0,4 – 0,5.
Tính chất hóa học
2.2.1 Phản ứng xà phòng hóa
Dưới tác động của enzyme lipase, acid hoặc kiềm, liên kết este trong phân tử glyxerit được thủy phân, dẫn đến sự hình thành glyxerin và acid béo hoặc muối của acid béo, được gọi là xà phòng.
Xà phòng thông thường được tạo thành từ muối Natri của acid béo, trong khi muối Kali của acid béo sản xuất ra xà phòng mềm Xà phòng từ dầu oliu thường nổi trên mặt nước do sự bão hòa khí Ngoài ra, người ta thường thêm vào xà phòng các chất thơm và chất diệt khuẩn Quá trình sản xuất xà phòng và glycerin bắt nguồn từ dầu mỡ là phản ứng cơ bản trong ngành công nghiệp xà phòng.
Quá trình thủy phân dầu mỡ diễn ra khi có sự hiện diện của nước và hơi nước, giúp giải phóng acid béo và glycerin Phản ứng này được xúc tác bởi acid vô cơ hoặc enzyme Thực chất, quá trình thủy phân được chia thành 3 giai đoạn, mỗi giai đoạn bao gồm một phản ứng thuận nghịch.
2.2.3 Phản ứng rượu thủy phân
Khi glycerit được đun nóng với rượu metylic hoặc etylic, cùng với sự có mặt của các xúc tác acid vô cơ như H2SO4 hoặc HCl, quá trình este hóa trao đổi với các rượu bậc 1 sẽ diễn ra, tạo ra các este của acid béo và rượu đơn chức.
Khi có chất xúc tác thích hợp, tryglycerit phản ứng với glycerin để tạo ra mônôglycerit hay diglycerit.
Phản ứng hydro hóa có tác dụng cộng hợp hydro vào các nối đôi trên dây cacbon của acid béo, giúp giảm số lượng nối đôi và làm cho dầu mỡ ổn định hơn Phản ứng này không chỉ hạn chế quá trình oxy hóa và trùng hợp của dầu mỡ mà còn giữ cho dầu không bị trở mùi khi bảo quản lâu Đây là một phản ứng quan trọng trong việc gắn hydro vào các nối đôi của acid béo không no trong các glycerit.
Phản ứng chuyển đổi từ thể lỏng sang thể rắn có vai trò quan trọng trong sản xuất shortening và margarin, giúp thay thế mỡ động vật Quá trình này không chỉ làm giảm khả năng oxy hóa của dầu mà còn giữ cho dầu không bị ôi, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm dầu chế biến.
Dầu thực phẩm thường chứa các acid béo như acid oleic, acid linoleic và acid linolenic Mặc dù acid linolenic có vai trò sinh học quan trọng, nhưng nó cũng là nguyên nhân gây ra sự trở mùi thực phẩm Do đó, trong công nghệ chế biến dầu, quá trình hydro hóa chọn lọc được thực hiện để giảm hàm lượng acid linolenic.
Dầu mỡ chứa acid béo không no có khả năng công hợp với halogen trong điều kiện thích hợp, và các phản ứng này được ứng dụng trong phân tích kiểm nghiệm dầu mỡ Bên cạnh đó, dầu mỡ cũng có thể bị sunfua hóa với acid sunfuric đậm đặc, tạo ra sản phẩm có tính tan trong nước.
2.2.5 Phản ứng đồng phân hóa
Dưới tác động của bazo hòa tan trong rượu thích hợp, xảy ra sự chuyển đổi đồng phân nối đôi từ vị trí cũ không liên hợp sang vị trí mới liên hợp, dẫn đến phản ứng tăng tính khô của dầu.
Sự đông phân hóa có thể thực hiện với sự hỗ trợ của chất xúc tác thích hợp, cho phép quá trình hydro hóa dầu tự nhiên chuyển từ dạng đồng phân cis sang đồng phân trans, mang lại cấu trúc chặt chẽ và bền vững hơn.
Trans có tác dụng tăng độ nón chảy.
Các loại dầu mỡ chứa nhiều acid béo không no dễ bị oxy hóa khi tiếp xúc với oxy trong không khí, chủ yếu xảy ra tại các nối đôi của cacbon Trong khi dầu mỡ chứa acid béo no dễ bảo quản và ít biến đổi, chúng lại có hệ số đông hóa thấp Oxy hóa glyceride bằng oxy phân tử thường dựa trên nghiên cứu về dầu mỡ chứa khoảng 97% glyceride; khi tiếp xúc với oxy, glyceride và acid béo sẽ phản ứng chủ yếu theo mạch cacbon Quá trình oxy hóa này tạo ra các chất mới như peroxide và cetoacid Nếu oxy hóa không sâu, sự thay đổi chủ yếu chỉ là cảm quan như mùi và vị của dầu mỡ, được gọi là sự ôi hóa, thường xảy ra khi bảo quản trong điều kiện thuận lợi cho quá trình này.
Quá trình oxy hóa sâu trong dầu mỡ có thể tạo ra các tính chất hóa lý mới, dẫn đến việc thu nhận các vật liệu quý Một ví dụ điển hình là việc oxy hóa dầu để sản xuất dầu mau khô, được ứng dụng trong việc chống ăn mòn kim loại và trong các vật liệu xây dựng.
Sản phẩm của oxy hóa có thể chia làm 3 nhóm:
- 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 polymer hóa hoặc trùng hợp, trong phần tử của chúng có chứa các nhóm chức chứa oxy hóa.
MỘT SỐ LOẠI NGUYÊN LIỆU CÓ DẦU
Một số loại nguyên liệu có 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).
Dầu óc chó, được chiết xuất từ cây óc chó (Juglans regia), thuộc họ Juglandaceae, là một nguồn giàu acid linolenic Mặc dù có nhiều lợi ích cho sức khỏe, sản lượng và tiêu thụ dầu óc chó vẫn còn hạn chế, chủ yếu được sử dụng trong một 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.
Các nguồn dầu mới
Các nhóm dầu này đóng vai trò quan trọng tại từng địa phương, khu vực và quốc gia, tuy nhiên, chúng không được sản xuất và tiêu thụ rộng rãi trên toàn cầu.
“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 họOnagraceae): chứa hàm lượng cao Omega 6 (6,9,12 – octatrienic acid).