GIÁO TRÌNH : CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU MỠ THỰC PHẨM part 1 ppsx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU MỠ THỰC PHẨM Mã số: CB 351 Biên soạn: Th.s. TRẦN THANH TRÚC NĂM 2005 Công nghệ chế biến dầu thực phẩm Trần Thanh Trúc i 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 Công nghệ chế biến dầu thực phẩm Trần Thanh Trúc ii 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 Công nghệ chế biến dầu thực phẩm Trần Thanh Trúc iii 6.3. Shortening 95 6.4. Mayonaise 96 6.5. Dầu chiên 98 6.6. Dầu salad 99 TÁI LIỆU THAM KHẢO 100 Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc 1 CHƯƠNG I. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA DẦU MỠ 1.1. TỔNG QUAN VỀ DẦU MỠ Dầu mỡ từ động vật và thực vật đã được sử dụng trong sản xuất cũng như trong đời sống từ rất lâu, đây cũng chính là một nguồn cung cấp năng lượng lớn. Dầu mỡ được dùng rất phổ biến trong quá trình nấu nướng hằng ngày, xuất phát từ văn hóa cổ đại, như Trung quố c, Ai cập, Hy lạp – La mã cổ xưa. Cho đến ngày nay, việc sử dụng dầu 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 tr ước 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 v ẫn 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 dầ u 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 CS 2 , 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 dụ ng 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 . Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc 2 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 xu ất 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 họ c 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- Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc 3 - 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 CH 3 ). Thí dụ: CH 3 -CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -(CH 2 ) 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 như mỡ động vật. Bảng 1.1. Các acid béo chủ yếu trong thực phẩm Acid béo (theo hệ thống IUPAC) Acid béo (tên thông thường) Chiều dài mạch C (Cx:y,ωm) Nhiệt độ nóng chảy ( o C) Decanoic Capric 10:0 31,6 Dodecanoic Lauric 12:0 44,4 Tetradecanoic Myristic 14:0 54,3 Hexadecanoic Palmitic 16:0 62,9 Octadecanoic Stearic 18:0 70,0 9-Octadecanoic Oleic 18:1ω9 13,0 9-trans-Octadecanoic Elaidic 18:1ω9 36,0 13-Docosenoic Erucio 22:1ω9 33,5 9,12-Octadecadienoic Linoleic 18:2ω6,9 -3,0 9,12,15-Octadecatrienoic α-Linolenic 18:3ω3,6,9 -11,9 5,8,11,14-Eicosatetraenoic Arachidonic 20:4ω6 5,8,11,14,17-Eicosapentanoic EPA 20:5ω3 4,7,10,13,16,19- Docosahexaenoic DHA 20:6ω3 - Acid béo không bão hòa mạch dài ω 3 và ω 6 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 động vật không thể tổng hợp các acid béo này, mà chủ yếu được cung cấp qua nguồn Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc 4 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) 18:1ω9 18:2ω6 18:3ω3 18:2ω9 18:3ω6 18:4ω3 loại bão hòa (desaturase) kéo dài m ạch ( elon g ase ) 20:2ω9 20:3ω6 20:4ω3 20:3ω9 20:4ω6 20:5ω3 loại bão hòa (desaturase) kéo dài m ạ ch 22:4ω6 22:5ω3 24:5ω3 lo ạib ão hòa 24:6ω3 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. Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc 5 - 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 vậ t 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 t ừ 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. - “ Thuy ết 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 x ảy ra ở vị trí số 2 trong mỡ động vật. Hình 1.2. Cấu trúc triglycerid Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc 6 (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 hoạ ch 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 nh ư sản phẩm thực phẩm. Phospholipid Trong hạt dầu bao giờ cũng có mặt phospholipid là một trong những thành phần lipid phức tạp chủ yếu, bao gồm khung glycerophosphate kết hợp với hai chuỗi acid béo dài đã được ester hóa ở vị trí C 1 và C 2 , đồng thời một alcohol base gắn vào nhóm phosphate (hình 1.3). R 1, R 2 : acid béo Hình 1.3. Cấu trúc của phospholipid [...].. .Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc 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... 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 Các hợp chất không có tính xà phòng hóa Các hợp chất không có tính xà phòng hóa thường có mặt trong dầu mỡ với vai trò quan trọng l : sterol, tocopherol, hợp chất màu, sáp, hydrocarbon và vitamin Sterol: hợp... 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 (antispattering) 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... với vai trò quan trọng l : sterol, tocopherol, hợp chất màu, sáp, hydrocarbon và vitamin Sterol: hợp chất hòa tan trong chất béo với cấu trúc căn bản từ steran (cyclopentanoperhydrophenantrene) (hình 1. 4) 7 . 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. 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. GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU MỠ THỰC PHẨM Mã s : CB 3 51 Biên soạn: Th.s. TRẦN THANH TRÚC NĂM 2005 Công nghệ chế biến dầu thực phẩm