GIÁO TRÌNH : CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU MỠ THỰC PHẨM part 6 pps

GIỚI THIỆU CHUNG Dầu mỡ thô lấy từ nguyên liệu, ngoài glycerid khoảng 95% còn chứa một số tạp chất khác như cặn, vỏ hạt, xác quả hay các thành phần phospholipid, sáp…Chính vì vậy, dầu m

có sự khác biệt đáng kể về chất lượng dầu khi nghiền với các phương pháp khác nhau Quá trình nghiền quả có thể tiến hành liên tục hay gián đoạn

- Sau khi nghiền, khối bột nghiền (paste) sẽ được trộn lẫn, giúp các giọt dầu kích thước nhỏ kết hợp thành giọt lớn, dầu được tách ra dễ dàng hơn Quá trình này được tiến hành bằng thiết bị khuấy

- Chiết tách dầu: Quá trình ép hay trích ly bằng ly tâm đều được sử dụng

• Đối với phương pháp ép, dầu được chiết tách bằng thiết bị ép khung bản không liên tục Trong trường hợp này, vẫn còn một lượng dầu olive dính trên khung lọc Dầu thô được phân tách khỏi phần bã dầu lẫn kèm trong dầu (mush) bằng thiết bị ly tâm

• Khi sử dụng ly tâm để phân tách dầu, dầu sau ly tâm được đưa qua hệ thống lọc gạn để phân tách (i) phần rắn từ pha lỏng, (ii) dầu và nước trong pha lỏng

3.3 TÁCH CHIẾT MỠ ĐỘNG VẬT

Do đặc điểm của mô mỡ động vật rất nhạy cảm với các quá trình phân hủy, sự phát triển của vi sinh vật và các biến đổi không mong muốn về chất lượng xảy ra nhanh chóng do hoạt động của enzyme và chất oxy hóa Chính vì lý do này, chất lượng mỡ phụ thuộc mạnh mẽ vào chất lượng của nguyên liệu thô Thêm vào đó, mô chất béo còn chứa nhiều thành phần thải, các thành phần này không có giá trị dinh dưỡng cho

cả người và gia súc Nguyên liệu dầu thô chỉ đảm bảo chất lượng tốt khi mô tế bào được xử lý theo đúng cách

Phương pháp trích ly mỡ động vật dễ nhất là cắt mỡ thành những mẩu nhỏ và làm tan chảy trong chảo hay thiết bị nấu mở nắp Quá trình này sẽ phân tách sản phẩm thu được thành hai phần: nước và các phần khác có khối lượng riêng lớn sẽ chiếm vị trí ở phần dưới thiết bị, mỡ sau tan chảy thu được ở phần trên thiết bị Phần mỡ được phân tách nhờ vào quá trình chiết và gạn dầu Việc phân cắt cơ học mô mỡ ban đầu có vai trò quan trọng trong việc trợ giúp quá trình phá vỡ cấu trúc mô tế bào, giúp dầu dễ dàng thoát ra khỏi nguyên liệu Gia nhiệt nguyên liệu thô chứa dầu cũng có chức năng phá vỡ cấu trúc tế bào và làm giảm độ nhớt của mỡ Một trong những hiệu quả phụ của quá trình gia nhiệt này là sự tiệt trùng vi sinh vật và vô hoạt enzyme; thêm vào đó, protein đông tụ là nguyên nhân phá vỡ hợp chất nhũ hóa, giúp phân tách dễ dàng phần

mỡ đã được tan chảy

3.4 DẦU CÁ

Sản phẩm dầu cá thu được chủ yếu từ việc sử dụng cá làm nguồn cung cấp chất dinh

như sử dụng đối với mỡ động vật Sau quá trình ép tách dầu, phần bã còn lại rất giàu protein và vẫn chứa một tỷ lệ chất béo cao thường được sử dụng trong chế biến thức

ăn gia súc; rất ít trường hợp áp dụng quá trình trích ly dầu bằng dung môi hữu cơ xảy

ra

CHƯƠNG 4 KỸ THUẬT TINH LUYỆN DẦU MỠ

4.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Dầu mỡ thô lấy từ nguyên liệu, ngoài glycerid (khoảng 95%) còn chứa một số tạp chất khác như cặn, vỏ hạt, xác quả hay các thành phần phospholipid, sáp…Chính vì vậy, dầu mỡ chưa thể đạt được các yêu cầu sử dụng trong công nghiệp cũng như trong thực phẩm Mặt khác những tạp chất đó có thể gây những biến đổi làm ảnh hưởng chất lượng dầu mỡ trong khi cất giữ và bảo quản Mục đích của tinh luyện là dùng các phương pháp khác nhau để loại trừ các tạp chất ra khỏi dầu, đảm bảo được các yêu cầu chất lượng khi sử dụng trong các lĩnh vực

Tinh luyện là kỹ thuật cơ sở của chế biến dầu mỡ thực phẩm, nhờ đó có thể chế biến dầu thô thành dầu tinh luyện đạt qui cách Sự phát triển của kỹ của thuật tinh luyện đã

mở ra một phạm vi sử dụng các nguồn dầu khác nhau ngày một rộng rãi, tăng thêm được nhiều sản lượng dầu cung cấp cho thực phẩm Nhiều nguồn dầu mỡ không có giá trị thực phẩm nhưng qua tinh luyện lại có thể trở thành những nguồn dầu mỡ thực phẩm tốt Nói cách khác, quá trình tinh luyện dầu mỡ nhằm mục đích tách loại tối đa các thành phần không mong muốn trong dầu; hay trong thành phần dầu mỡ sau tinh luyện chỉ hiện diện thành phần glycerid và các hợp chất chống oxy hóa tự nhiên, carotene được mong muốn giữ lại trong dầu

Dầu mỡ tinh luyện dùng trong thực phẩm là loại dầu mỡ đạt chỉ tiêu chất lượng cao nhất và hoàn chỉnh nhất Quá trình tinh luyện dầu mỡ hoàn chỉnh bao gồm các công đoạn chủ yếu như:

- Phương pháp tách loại cơ học,

- Thủy hóa dầu,

- Trung hòa,

- Tẩy màu,

- Tẩy mùi

Nhìn chung mỗi công đoạn đều có những tác dụng và đặc điểm khác nhau nhằm loại trừ triệt để các tạp chất có trong dầu Căn cứ vào thành phần và chất lượng dầu mỡ thô, đồng thời tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng của việc sử dụng dầu mỡ tinh luyện mà có thể áp dụng toàn bộ quy trình tinh luyện hay chọn lựa một số công đoạn phù hợp Vì dầu mỡ là một hỗn hợp vật chất phức tạp, cho nên trong thực tế phải dùng nhiều phương pháp khác nhau đối với mỗi loại dầu mỡ Các phương pháp đó được phối hợp với nhau theo một trình tự xác định tạo thành các quy trình tinh luyện, trong đó mỗi phương pháp trở thành một giai đoạn trong quy trình sản xuất

Trừ một vài trường hợp cá biệt như dầu olive, dầu cọ, bơ cacao và mỡ heo thường có thể sử dụng ngay sau tách chiết hay chỉ kết hợp thêm phương pháp tinh luyện cơ học (lọc, ly tâm), đại bộ phận dầu mỡ đều phải áp dụng các quy trình hỗn hợp Đối với những loại dầu mỡ có chất lượng xấu, hoặc dầu sau tinh luyện cần đạt các yêu cầu cao thường áp dụng quy trình hoàn chỉnh

Nói tóm lại việc xác định quy trình tinh luyện cho mỗi loại dầu mỡ phải được xác lập dựa trên hai yếu tố cơ bản:

- Bản chất các thành phần tạp chất có trong dầu mỡ,

- Yêu cầu về chất lượng đối với dầu mỡ tinh luyện phù hợp với các đối tượng sử dụng Quá trình tinh luyện hoàn chỉnh có thể được tổng hợp theo sơ đồ hình 4.1

Thủy hóa dầu

Dầu sau thủy hóa

Trung hòa

Dầu sau trung hòa

Tẩy trắng bằng chất hấp phụ Tẩy trắng bằng chất hấp phụ

SP trung gian Xà phòng Dầu sau tẩy màu Đất tẩy trắng Đất tẩy trắng Dầu sau

chứa dầu chứa dầu tẩy màu

Acid hóa Khử mùi/Tẩy màu bằng nhiệt Tách loại dầu Loại acidbéo/ Khử mùi/

Tẩy màu bằng nhiệt

SP cuối Dầu acid Dầu tinh luyện Cặn dầu Bã chất hấp phụ Dầu tinh luyện

Nước thải chứa acid hoàn chỉnh Dầu thu hồi Acid béo

Hình 4.1 Sơ đồ quy trình tinh luyện dầu tổng quát

4.2 CÁC CÔNG ĐOẠN CHÍNH CỦA QUÁ TRÌNH TINH LUYỆN

4.2.1 Các phương pháp tinh luyện cơ hoc

Các phương pháp này chủ yếu là loại sơ bộ các tạp chất có trong dầu thô như vỏ hạt, rác lẫn đồng thời tách loại một phần các chất keo hòa tan như sáp, phospholipid Các phương pháp này thường được áp dụng đi kèm với các quá trình như thủy hóa, trung hòa, tách sáp…

4.2.1.1 Phương pháp lắng

Phương pháp này dựa trên sự khác nhau về tỷ trọng của các tạp chất và dầu mỡ để phân ly Sau một thời gian để yên nhất định, các tạp chất có tỷ trọng lớn hơn dầu sẽ lắng xuống Các tạp chất lắng xuống bao gồm: các tạp chất cơ học, nước trong dầu, các thành phần thể rắn…

Đối với phương pháp lắng, ngoài việc loại các tạp chất rắn còn có khả năng loại trừ một số tạp chất có tính keo hòa tan trong dầu như: sáp, phospholipid, protein…Độ hòa tan của các tạp chất này trong dầu mỡ sẽ giảm xuống cùng với sự giảm nhiệt độ, nên điều kiện cần thiết để loại tạp chất là phải hạ nhiệt độ xuống mức thích hợp Ở một nhiệt độ mà tại đó các tạp chất có tính keo hòa tan có thể tách ra hoàn toàn khỏi dầu

mỡ, người ta gọi đó là “ nhiệt độ ngưng kết giới hạn” Sau khi các tạp chất tách ra, có thể dùng các phương pháp phân ly thông thường để phân ly dầu và tạp chất

Để tăng nhanh tốc độ lắng, nhất là trường hợp dầu chứa nhiều nước, có thể cho vào

NaCl

Phương pháp lắng liên tục cũng được ứng dụng để tách các tạp chất cơ học được thực hiện trong thiết bị lắng nhiều khoang Thiết bị này hoạt động theo nguyên lý chênh lệch khối lượng riêng giữa các tạp chất và dầu và do sự khác nhau về vận tốc chuyển động của dầu và tạp chất trên đĩa nghiêng

4.2.1.2 Phương pháp ly tâm

Phương pháp này ứng dụng lực ly tâm thay cho trọng lực ở phương pháp lắng để phân

ly dầu và tạp chất, do đó làm tăng được tốc độ phân ly đồng thời phân ly được các cặn

có kích thước bé (hình 4.2)

Trong thực tế, máy ly tâm dùng để phân ly nước ra khỏi dầu tốt nhất, phân ly các tạp chất ở thể rắn phân tán trong dầu như cặn xà phòng, sáp, photphatid…Tuy nhiên, trường hợp dầu có chứa quá nhiều tạp chất cơ học thì ít sử dụng máy ly tâm vì lồng quay có chứa đầy tạp chất khó khăn cho việc tẩy rửa, vệ sinh

Hình 4.2 Máy ly tâm dạng dĩa

4.2.1.3 Phương pháp lọc

Phương pháp này tiến hành tách các chất rắn ra khỏi dầu mỡ bằng các màng lọc, các tạp chất sẽ bám lên bề mặt màng lọc thành lớp bã lọc, và lớp bã lọc này cũng dần trở thành màng lọc

Để dầu thô được sạch hơn đồng thời cải thiện một phần màu dầu, người ta có thể cho vào trên màng lọc một lượng vật liệu lọc có thể là than hoạt tính, đất hoạt tính hay có thể ghép thêm một lớp giấy lọc để ngăn cản thêm các tạp chất dạng phân tử rất nhỏ Ngoài ra giấy lọc còn có thể hấp thụ một ít nước và xà phòng giúp dầu lọc xong sẽ trong suốt, không bị vẩn đục

Tốc độ lọc sẽ tăng lên khi tăng áp suất lọc và đường kính lỗ xốp của màng lọc mà chất lỏng đi qua Tốc độ lọc sẽ giảm dần theo sự gia tăng độ nhớt của chất lỏng và chiều dày lớp bã lọc

Thiết bị lọc thường sử dụng là thiết bị lọc khung bản (hình 4.3) Có 2 phương pháp được áp dụng cho thiết bị này là lọc nóng và lọc nguội

Tùy thuộc vào từng loại dầu mà quá trình lọc nóng hay nguội được áp dụng, hay có thể

sử dụng cả 2 phương pháp này, lọc nóng trước rồi lọc nguội sau

Lọc nóng: Thường được sử dụng để loại tạp chất cơ học Nhiệt độ thích hợp cho quá

như rác, vỏ hạt… lẫn trong dầu

Lọc nguội: Dầu sau khi lọc nóng được tiến hành qua lọc nguội Lọc nguội chủ yếu là

loại các tạp chất có tính keo phân tán trong dầu như sáp Điều kiện cần thiết của quá trình lọc nguội là hạ nhiệt độ dầu xuống đến “nhiệt độ ngưng kết giới hạn” Dầu được

bằng máy ép lọc

Hình 4.3 Thiết bị lọc khung bản

4.2.2 Thủy hóa dầu (degumming)

Phospholipid, protein và carbohydrat, các thành phần chất keo thực vật thường có tác động xấu đến khả năng ổn định của dầu Đây chính là các thành phần không mong muốn trong dầu do chúng làm giảm giá trị cảm quan và hao hụt dầu sau trung hòa, đồng thời sự hiện diện của các hợp chất này còn là nguyên nhân gây hư hỏng thiết bị Phospholipid có thể ngăn cản sự kết tinh trong quá trình giảm cấp acid béo hay làm trở ngại trong quá trình hydrogen hóa dầu Trong dầu trộn salad, các thành phần này thường lắng ở đáy bình chứa, đây cũng là nguyên nhân làm tăng nhiệt độ sôi của dầu Quá trình thủy hóa được ứng dụng có thể tách loại các tạp chất nhóm phospholipid và chất keo ra khỏi dầu

Phương pháp thủy hóa dựa vào phản ứng hydrat hoá để làm tăng độ phân cực các tạp chất keo hoà tan trong dầu, nên làm giảm độ hòa tan của chúng trong dầu, giúp các thành phần này kết tủa lại và có thể tách ra bằng ly tâm Mục đích của phương pháp này ngoài việc kết tủa các tạp chất, loại các phospholipid nó còn có khả năng làm giảm chỉ số acid của dầu Rõ ràng một mặt là do các tạp chất keo có tính acid (các protein lưỡng tính) phát sinh kết tủa, mặt khác có một ít acid béo cũng bị kéo theo kết tủa Do

đó, hydrat hoá dầu sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trung hòa và giảm mức tiêu hao dầu trung tính trong khi trung hoà bằng kiềm

Ngoài việc tinh luyện dầu, thủy hóa còn là biện pháp kỹ thuật để thu hồi các photphatid, mà quan trọng nhất là lấy lecithin - một loại phospholipid thường gặp trong dầu mỡ, có vai trò quan trọng trong cơ thể người do khả năng điều hòa và chuyển hóa cholesterol Cơ chế sự biến đổi phân cực của lecithin được giải thích như sau (hình 4.4):

CH 2 -O-CO-R CH 2 -O-CO-R

CH-O-CO-R + HOH CH2-O-CO-R

O- OH OH

CH2 O P = O CH2 O P = O

O-CH -CH -N2 2 + O-CH2-CH2-N

(CH 3 ) 3 (CH 3 ) 3

(dạng phân cực yếu) (dạng phân cực mạnh)

Hình 4.4 Cơ chế sự biến đổi phân cực của lecithin

Do sự tạo thành các nhóm hydroxyl (-OH) đã giúp cho lecithin từ dạng phân cực yếu thành dạng phân cực mạnh mang tính thân nước tương đối mạnh hơn, độ hòa tan của

nó trong dầu mỡ giảm xuống và tách ra thành kết tủa

Quá trình thủy hóa dầu dựa trên nguyên tắc:

- Phân tán nước hay nước muối vào dầu làm cho phần ưa nước của anhydrid phospholipid sẽ hấp thụ nước theo từng nấc

- Các phospholipid thân dầu mất tính tan trong dầu, phân tán trong nước tạo các hạt phospholipid ngậm nước hình thành nhũ tương trong dầu, tức là chuyển phospholipid ở trạng thái hòa tan về dạng dung dịch keo

- Tạo thành các hạt keo đông tụ làm dầu vẩn đục

- Phân ly dầu ra khỏi phức phospholipid bằng lắng hoặc ly tâm

Tác dụng hydrat hoá được thực hiện bằng cách dùng một lượng vừa đủ nước nóng hay

nhất định để phân cực hóa và kết tủa tạp chất Nhiệt độ tối ưu cho quá trình hydrat hóa

muối thường được sử dụng khoảng 0,3% so với lượng dầu Nếu sử dụng nước nóng thì khoảng 4 -10% so với dầu

Trường hợp lượng nước muối, hay nước nóng dùng cho phản ứng quá ít thì kết tủa thường không hết do quá trình hydrat hóa xảy ra không hoàn toàn, trong dầu còn một lượng lớn phospholipid Trong trường hợp lượng dư quá nhiều sẽ làm cho trong quá trình giãn nở của kết tủa sẽ phát sinh tác dụng keo hòa tan với nước tạo thành dung dịch keo Hợp chất keo phân bố đều trong dầu ở trạng thái nhũ tương, không phân tán thành dạng phospholipid ngậm nước nên rất khó phân ly làm hiệu suất thu hồi giảm Tuy nhiên, việc thủy hóa dầu bằng nước hay nước muối chủ yếu chỉ tách loại các phospholipid có khả năng hydrat hóa, trong khi vẫn còn một lượng lớn phospholipid không có khả năng hydrat hóa như phospholipid có gốc protein, polysaccharid, các chất keo… vẫn còn hiện diện trong dầu Chính vì thế, bên cạnh việc sử dụng nước nóng hoặc dung dịch NaCl người ta còn có thể thủy hóa bằng sử dụng acid Cơ chế phản ứng thủy hóa acid có thể giải thích dựa trên các tác động của acid mạnh lên các

phospholipid không có khả năng hydrat hóa thành phospholipid có khả năng hydrat hóa, giúp chúng dễ dàng tách ra khỏi dầu Hiện tại, 2 loại acid được sử dụng phổ biến trong quá trình thủy hóa dầu là acid citric và acid phosphoric Tuy nhiên, việc sử dụng acid phosphoric có thể là nguyên nhân tạo nên một lượng phosphorus không mong muốn trong dầu sau quá trình thủy hóa Việc sử dụng acid citric sẽ làm tăng giá thành sản phẩm nhưng có thể hạn chế được phản ứng phụ này Trong một số quá trình thủy hóa bằng acid đặc biệt, NaOH cũng được sử dụng tiếp sau đó nhằm mục đích chuyển một số phospholipid tự do thành các muối natri hòa tan trong nước

Quá trình thủy hóa có thể được tóm tắt theo sơ đồ như sau:

Dầu sau thủy hóa bằng acid

Dầu sau quá trình thủy hóa

Nước nóng / dd NaCl Ca(OH) 2

Dầu thô

Acid H 3 PO 4

Hình 4.5 Quy trình thủy hóa dầu

Nhìn chung, kỹ thuật thủy hóa dầu ngày càng được phát triển hoàn thiện dần, đi kèm với việc thiết kế các thiết bị phù hợp nhằm mục tiêu giảm lượng phospholipid còn sót lại trong dầu đến mức thấp nhất (< 10 ppm)

Bên cạnh hai quá trình thủy hóa dầu phổ biến là sử dụng nước và acid, quá trình thủy hóa bằng enzyme cũng được Lurgi nghiên cứu và phát triển Theo phương pháp này, enzyme phospholipase A2 được sử dụng như chất xúc tác sinh học để thủy phân acid

đã hydrat hóa được tách ra khỏi dầu

Tirtiaux cũng đã cho thấy EDTA có thể ứng dụng để di chuyển các cation từ các phospholipid không có khả năng hydrat hóa, giúp chúng có thể hydrat hóa và tách ra khỏi dầu dễ dàng

Một số nghiên cứu khác cũng đưa ra ứng dụng của siêu lọc hay năng lượng siêu âm trong quá trình thủy hóa, tuy nhiên rất khó có thể áp dụng chúng trong việc sản xuất thương mại dầu do giá thành rất đắt

4.2.3.1 Giới thiệu chung

Tách sáp là công đoạn quan trọng cần được tiến hành ngay sau quá trình thủy hóa

Vì ngoài mục đích loại sáp ra khỏi dầu thì tách sáp còn có thể kéo các cặn keo của

phospholipid kết tủa theo do có thể quá trình lọc, ly tâm sau thủy hóa không loại ra

triệt để hết

Tách sáp là vấn đề quan trọng cần được lưu ý trong việc tinh chế một số loại dầu đặc

biệt như dầu bông, dầu cọ và dầu Sáp trong dầu tồn tại ở trạng thái cặn li ti nên dễ làm

dầu bị vẩn đục, gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng dầu Ngoài ra, sáp còn là thành

phần không có khả năng tiêu hóa được nên không có giá trị thực phẩm

Bên cạnh đó, tách sáp từ nguồn dầu thô có thể thu hồi sáp thực vật là nguồn nguyên

liệu cần thiết trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất văn phòng phẩm, dùng

trong hàng hoá trang, sản xuất chất cách điện…

Nguyên tắc tách sáp là dựa vào độ kết tinh khác nhau của sáp có trong dầu (bảng 4.1)

Bảng 4.1 Nhiệt độ kết tinh của sáp trong dầu

Đặc tính dầu Nhiệt độ

Dầu sau hydrat hóa 10 o C Dầu đã qua trung hòa 12 o C

Sáp cũng có thể được tách ra bằng các phương pháp cơ học như lắng, lọc, ly tâm:

có thể tách dễ dàng các tinh thể sáp ra khỏi dầu bằng cách lọc hoặc ly tâm lạnh (nhiệt

độ ly tâm <20oC)

Ngoài ra, còn có thể tách sáp bằng cách hoà tan dầu thô vào dung môi (aceton) Lúc

này dầu tan trong aceton còn sáp thì không tan Trên cơ sở đó tiến hành thu hồi dầu và

có thể tách sáp ra bằng cách lắng gạn hay phân ly

Tuy nhiên, các phương pháp này không loại được hoàn toàn sáp trong dầu Như vậy,

muốn tách hoàn toàn sáp ra khỏi dầu phải có biện pháp riêng, dựa trên cơ sở tách các

tinh thể sáp và được gọi là quá trình tách sáp hay đông hoá dầu

4.2.3.2 Quá trình đông hóa dầu (winterization)

Đông hóa là quá trình công nghệ tách sáp ra khỏi dầu bằng cách làm lạnh xuống nhiệt

độ tạo ra tinh thể sáp