Môn công nghệ sản xuất dầu thực vật: Công nghệ trung hòa dầu theo phương pháp liên tục (ly tâm)

Môn công nghệ sản xuất dầu thực vật: Công nghệ trung hòa dầu theo phương pháp liên tục (ly tâm) Môn công nghệ sản xuất dầu thực vật: Công nghệ trung hòa dầu theo phương pháp liên tục (ly tâm) Môn công nghệ sản xuất dầu thực vật: Công nghệ trung hòa dầu theo phương pháp liên tục (ly tâm) Môn công nghệ sản xuất dầu thực vật: Công nghệ trung hòa dầu theo phương pháp liên tục (ly tâm)

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

- -GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

THÁNG 12 NĂM 2013, TP HỒ CHÍ MINH

MỤC LỤC



MỞ ĐẦU

Dầu tinh luyện là sản phẩm hết sức quen thuộc với con người, là nguồn thựcphẩm cung cấp nhiều năng lượng và góp phần làm tăng hương vị của các loại thựcphẩm khác Chính vì vậy mà ngành công nghiệp sản xuất dầu đã tồn tại từ lâu và đếnnay đang ngày càng phát triển một cách mạnh mẽ Mặt hàng dầu tinh luyện ngày càng

có nhiều chủng loại phong phú, đa dạng và ngày càng được cải tiến về mặt chất lượng.Công nghệ trung hòa dầu theo phương pháp liên tục (ly tâm) nằm trong các côngđoạn tinh chế dầu Mục tiêu của quá trình tinh luyện là thực hiện việc loại các tạp chấtkhông mong muốn có trong dầu, mỡ với tổn hại các Triglyceride hay Tocopherol thấpnhất hay các tạp chất mong muốn khác và ít hao hụt dầu mỡ trung tính (estertriglyceride)

Thuật ngữ tinh luyện được sử dụng ở đây cho thấy việc xử lý tinh khiết bằng loạicác chất béo tự do phosphatide hay các chất keo dính trong các tạp chất lớn có trongdầu Quá trình đó thường phải qua các khâu bao gồm: trung hòa, tẩy màu và khử mùi.Thuật ngữ trung hòa là loại các acid béo tự do có trong dầu thô bằng phươngpháp dùng kiềm để phản ứng với các acid béo tự do có trong dầu mỡ

Công nghệ trung hòa dầu có 3 loại:

+ Trung hòa lắng (Settle neutralization)

+ Trung hòa bán liên tục (Semi continous Neutralization)

+ Trung hòa liên tục (Continous Neutralization)

Trong bài tiểu luận này chủ yếu đi sâu vào công nghệ trung hòa dầu liên tụclàm năng suất tăng cao, và trang thiết bị cũng được tìm hiểu, chúng có ưu điểm gì hơn

là thiết bị bán liên tục

Trong quá trình thực hiện không tránh khỏi những sai sót, nhóm chúng emmong Thầy chỉnh sửa để bài được hoàn thiện hơn Cám ơn Thầy!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ QUY

TRÌNH SẢN XUẤT

1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU DẦU THÔ

Dầu mỡ thô là những bán thành phẩm thu được từ nguyên liệu có dầu bằng nhữngphương pháp khác nhau:

- Ép: ép nguội, ép nóng, ép có áp lực vừa và cao

- Trích ly bằng dung môi hữu cơ

Đây chỉ là công đoạn làm sạch sơ bộ, ngoài thành phần chính là glycerid (dầu trungtính) bao giờ cũng có lẫn các thành phần không tan kéo theo và các thành phần hòa tankhác – gọi là tạp chất

1.1.1. Thành phần hóa học của dầu thô

1.1.1.1. Triglycerid

Là thành phần chiếm chủ yếu trong dầu, chiếm hơn 90%

khối lượng dầu thô (trong dầu nành hàm lượng triglycerid có

thể lên đến 95 – 97%) là este của rượu ba chức glycerine và

acid béo

R, R’, R’’ là các gốc carburhydro của các acid béo khác nhau

Triglycerid dạng hóa học tinh khiết không có màu, không mùi, không vị Màu sắc,mùi vị khác nhau của dầu thực vật phụ thuộc vào tính ổn định của các chất kèm theovới các lipid tự nhiên thoát ra từ hạt dầu cùng với triglycerit Dầu thực vật do khốilượng phân tử của các triglycerid rất cao nên khó bay hơi ngay cả trong điều kiện chânkhông Ở nhiệt độ trên 240 – 2500C, triglycerid mới bị phân hủy thành các sản phẩmbay hơi của sự phân hủy hóa học Vì vậy người ta phải khử mùi dầu trong điều kiệnchân không và nhiệt độ cao

Dưới tác dụng của enzyme thủy phân, có sự tham gia của nước và nhiệt độ,triglycerid sẽ bị thủy phân tạo thành acid béo tự do

1.1.1.2. Glycerin

- Là rượu ba chức, tồn tại ở dạng kết hợp triglycerid

- Chiếm 10% khối lượng trong hợp chất glycerid

- Là chất lỏng sánh, không màu, không mùi, vị ngọt và có tính hút nước cao

- Là sản phẩm thủy phân của dầu mỡ và trong công nghiệp chế biến xà phòng.Phương trình phản ứng:

(RCOO)3C3H5 + 3 H2O → C3H5(OH)3 + 3RCOOH

Hình 1.1 Triglycerid

OHCH2OCOR1

Tính chất vật lý và hóa học của acid béo do số nối đôi và số nguyên tử cacbon tạo

ra Các acid béo no thường bền với các tác động khác nhau Các acid béo không no dễ

bị oxy hóa bởi oxy không khí làm cho dầu bị hắc, đắng

Các acid béo trong dầu thường có mạch cacbon với số nguyên tử chẵn Các acidbéo không no trong dầu dừa có tỉ lệ rất thấp so với các loại dầu khác

1.1.1.4. Những thành phần khác

 Photphatid

- Là những glycerin phức tạp, có gốc của acid phosphoric và 1 bazơ nitơ

- Hàm lượng photphatid trong dầu dao động từ 0.25 – 3%, đặc biệt trong dầu nành cólên tới 4 – 5%

- Cấu tạo của photphatid:

Hình 1.2 Cấu tạo của photphatid

- Phosphatid hòa tan tốt trong dầu và đa số các dung môi hữu cơ trừ acetol vàmetylacetat

- Phosphatid đóng vai trò là chất hoạt động bề mặt trong trao đổi chất, chuyển hóacác chất béo… thường được sử dụng trong y dược và thực phẩm

- Hợp chất điển hình là: leucithin và cephalin

Hình 1.3 Cấu tạo của Lecithin

R1 CH3 O C

R2O

Hình 1.4 Cấu tạo của Cephalin

o Loại chứa trong mỡ động vật gọi chung là Zusterol

o Loại chất trong dầu thực vật gọi là Phitosterol

 Sáp

- Là este của các acid béo mạch cacbon dài có từ 24-26 nguyên tử cacbon và rượu 1chức hoặc 2 chức

Hình 1.5 Công thức chung của sáp

- Sáp có nhiều trong các loại quả và hạt dầu, có tác dụng bảo vệ nguyên liệu chốngthấm và chống tác động có hại của enzyme

- Nhiệt độ nóng chảy 80oC

- Sáp không có giá trị sinh dưỡng, và sự có mặt của nó làm cho dầu khó trong, làmgiảm hình thức của dầu, do đó cần loại bỏ sáp ra khỏi dầu bằng cách hạ nhiệt độxuống 6-120C, làm to tinh thể sau đó lọc tách

 Các chất màu

Bản thân glycerid không có màu nhưng dầu sản xuất ra lại có màu, đó là do sự cómặt của các sắc tố hòa tan trong chất béo và các lipid mang màu:

- Carotenoic gồm 60-75 chất có màu từ vàng → đỏ Chúng là những hợp chấtkhông no nên dễ bị oxy hóa bởi không khí, tia tử ngoại, tia gama

- Chlorofil có màu xanh, làm gia tăng các quá trình oxy hóa trong dầu

- Gossypol có màu vàng đến xanh thẫm

Trong công nghệ chế biến dầu mỡ cần loại bỏ những sắc tố trong dầu Người ta cóthể tẩy màu dầu bằng đất hoạt tính và than hoạt tính

mùi khó chịu cho sản phẩm, một số chất có độc tính với người và động vật khi nồng

độ của chúng đáng kể trong thức ăn

Lợi dụng tính chất dễ bay hơi của các chất gây mùi, trong công nghiệp để khử mùi,người ta thường dùng hơi quá nhiệt trong chân không ở nhiệt độ cao Đối với các chấtgây mùi khó bay hơi ta dùng các chất oxy hóa mạnh

Chú ý: nếu không tẩy màu thì không nên khử mùi

 Các vitamin

- Chủ yếu là vitamin thuộc nhóm tan trong dầu mỡ: A, E, D, K, F…

- Tocopherol (vitamin E) có tác dụng chống oxy hóa cho dầu rất tốt, dầu có hàmlượng tocopherol cao thì bảo quản tốt hơn dầu có hàm lượng tocopherol thấp

- Đặc biệt trong dầu mè có phenolglucosit là chất chống oxy hóa rất tốt

1.1.2. Tính chất của dầu mỡ

1.1.2.1. Tính chất vật lý

 Điểm nóng chảy (MP – melting point)

- Tất cả các dầu mỡ tự nhiên đều chứa các triglycerol (triglycerid) khác nhau nênkhông có điểm nóng chảy rõ ràng mà thường có một khoảng nóng chảy

- Điểm nóng chảy của một acid béo bị ảnh hưởng bởi chiều dài cacbon và bởi độ(không no) bất bão hòa

- Với độ tăng số cacbon nguyên tử trong chuỗi làm cho điểm nóng chảy tăng

- Điểm nóng chảy được xem như giảm khi có nhiều nối đôi trong phân tử

- Các acid béo cũng như triglycerid là không tan trong nước

- Độ hòa tan giảm dần theo chiều dài carbon

 Tỉ trọng

- Tất cả các acid béo trong chất béo thực phẩm đều có d < 1

- Tỉ trọng của các acid béo lẫn glycerid tăng theo độ giảm khối lượng phân tử và độtăng độ bất bão hòa

Chất béo + O2 → hydroperoxide → adehyde, cetol, acid, este, alcohol.

Phản ứng hydro hóa: là phản ứng cộng hydro vào nối đôi của các acid béo trong

dầu mỡ khi có mặt chất xúc tác thích hợp nhằm làm giảm số nối đôi trên mạch cacbon,làm cho dầu mỡ ổn định hơn, hạn chế các quá trình oxy hóa, giữ cho dầu không bị trởmùi khi bảo quản lâu

-CH=CH + H2 → -CH2-CH2- (xúc tác Ni, t=195oC, p=150at)Dầu mỡ cũng có thể bị sunfua hóa với acid sunfuric đậm đặc tạo thành sản phẩm

có tính tan trong nước

- Sự ôi hỏng làm tăng chỉ số acid (sự tích tụ acid béo tự do)

1.2. TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM DẦU TINH LUYỆN

1.2.1. Mục đích của quá trình tinh luyện dầu

Mục đích tinh luyện là dùng các phương pháp khác nhau để loại trừ các tạp chất rakhỏi dầu mỡ, đảm bảo được yêu cầu chất lượng trong lĩnh vực sử dụng

Dầu mỡ sau khi tinh luyện, cần đạt các yêu cầu sau:

- Về màu sắc: màu vàng nhạt đến trắng, trong suốt.

- Về mùi vị: không có mùi vị ban đầu của dầu thô, không có mùi lạ

- Về thành phần: loại trừ các tạp chất không cần thiết đến mức thấp nhất, đồng thờikhông được để lại những tạp chất sinh ra trong quá trình tinh luyện

1.2.2. Các phương pháp tinh luyện dầu

Có 2 phương pháp tinh luyện chính:

Phương pháp vật lý điển hình thường gồm các quá trình: thủy hóa - tẩy màu - tinhluyện hơi (tẩy màu bằng hơi nước bão hòa)

Đặc biệt thích hợp với các loại dầu có hàm lượng photphatid lớn như: các loại dầu

từ hạt (canola, hạt hướng dương, bắp…) tùy vào hiệu quả kinh tế của quy trình so vớiphương pháp tinh luyện hóa học

Riêng đối với các loại dầu có hàm lượng gossypol cao (như dầu bông) thì khôngthể tinh luyện bằng phương pháp vật lý được mà phải sử dụng phương pháp tinh luyệnhóa học để loại các hợp chất này Ngoài ra phương pháp này cũng không sử dụng đốivới các loại dầu có hàm lượng photphatid không thể hydrat hóa cao (thường khi >0,1%) và dầu thô có hàm lượng ion sắt > 2ppm

So với phương pháp tinh luyện hóa học thì phương pháp tinh luyện vật lý đơn giảnhơn và ít tổn thất dầu hơn

- Phương pháp này dùng nhiều hóa chất, do đó quy trình công nghệ phức tạp hơn sovới phương pháp tinh luyện dầu bằng vật lý.

Ngoài ra trước quá trình xử lý vật lý hay hóa học, dầu thường được xử lý sơ bộbằng các phương pháp cơ học như lắng, lọc, ly tâm… để tách ra khỏi dầu các hạt rắn,các hạt phân tán, một lượng nhỏ các chất gây mùi, vị

1.2.3. Quy trình công nghệ tinh luyện dầu

1.2.3.1. Quy trình công nghệ

Hình 1.6 Quy trình công nghệ tinh luyện dầu

1.2.3.2. Mục đích của từng công đoạn

Nguyên tắc: dựa vào phản ứng hydrat hóa để làm tủa các tạp chất keo hòa tan trong

dầu và tách chúng ra khỏi dầu bằng phương pháp lắng hoặc ly tâm

 Mục đích: Dùng phương pháp thủy hóa để tách photphatid (gum) ra khỏi dầu mỡ

 Nguyên tắc: dựa vào phản ứng hydrat hóa để tăng độ phân cực của các tạp chất keohòa tan trong dầu mỡ, do đó làm giảm độ hòa tan của chúng trong dầu

 Trung hòa (trình bày rõ ở chương 2)

 Mục đích:

Loại bỏ hết xà phòng trong dầu (ngoài ra protein và các tạp chất khi gặp nước nóng

sẽ trương nhũ ra và chuyển thành dạng không hòa tan và tất cả sẽ được tách ra khỏidầu)

 Mục đích: tách ẩm ra khỏi dầu sau khi rửa

 Mục đích:

Loại các tạp chất gây màu khỏi dầu nhằm tăng phẩm chất của dầu và tạo được dầu

có màu như mong muốn Tuy nhiên mức độ mịn của chất hấp phụ cần có một giới hạnnhất định vì quá mịn sau khi tẩy màu, màu khó tách ra dầu mỡ

 Nguyên tắc:

Phương pháp này dựa vào khả năng hấp phụ của các chất có tính hấp phụ bề mặt

Sự hấp phụ này có tính chất chọn lọc đối với dầu mỡ là hấp phụ các chất màu Sau khihấp phụ xong tiến hành tách chất hấp phụ ra khỏi dầu

 Lọc

 Mục đích: là loại bỏ tạp chất và chất hấp phụ

 Mục đích:

Loại bỏ các mùi lạ và các tạp chất gây mùi cho dầu mà quá trình tẩy màu không loại

bỏ được: mùi đất, than

 Nguyên tắc:

Dùng hơi khô hoặc hơi quá nhiệt tiếp xúc trực tiếp với dầu trong điều kiện chânkhông và nhiệt độ cao Các chất gây mùi trong dầu sẽ được hơi nước kéo ra khỏi dầu

1.3.

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ TRUNG HÒA DẦU THEO

PHƯƠNG PHÁP LIÊN TỤC (LY TÂM)

1. Lý thuyết về trung hòa

Axit béo tự do có trong dầu là một trong những nguyên nhân làm cho dầu kémphẩm chất, các axit béo tự do thường đóng vai trò xúc tác cho các phản ứng oxy hóa

và phân ly dầu Để tiến hành tách axit béo tự do có trong dầu, người ta xử lý dầu vớimột lượng kiềm nhỏ, như vậy, ngoài các axit béo tự do được trung hòa, còn cho phéptách thêm một số thành phần háo nước còn sót lại sau quá trình thủy hóa, loại bỏ đượcmột số vết kim loại (Cu, Fe ) xúc tác quá trình oxy hóa dầu và còn lọai bỏ được một

số các chất màu Sự có mặt các axit béo tự do trong dầu không những gây trở ngại choviệc sử dụng dầu vào mục đích thực phẩm (chỉ số axit không lớn hơn 0,4 mg KOH)

mà còn hạn chế các mục đích kỹ thuật khác

1. Mục đích

Mục đích chủ yếu là loại trừ các acid béo tự do (hạ AV của dầu xuống < 0,2).Ngoài ra, do xà phòng sinh ra có khả năng hấp thụ nên chúng kéo theo các tạp chấtnhư protid, chất nhựa, tạp chất cơ học vào trong kết tủa nên dầu sau trung hòa khôngnhững giảm tối đa chỉ số acid mà còn loại trừ một số tạp chất khác làm cho dầu cómàu sáng hơn

2. Nguyên tắc

Phương pháp chủ yếu dựa vào phản ứng trung hòa acid bằng bazơ Dưới tác dụngcủa dung dịch kiềm, các acid béo tự do và các tạp chất có tính chất acid sẽ tạo thànhmuối kiềm, chúng không tan trong dầu mỡ nhưng có thể tan trong nước nên có thểphân ly ra khỏi dầu bằng cách lắng (trung hòa gián đoạn) hoặc rửa nhiều lần (dùngmáy ly tâm trung hòa liên tục) Quá trình hình thành xà phòng từ acid béo tự do theophản ứng:

RCOOH + NaOH → RCOONa +H2O

3. Hóa chất

Tác nhân trung hòa thường dùng là các loại kiềm như NaOH, KOH hoặc các loạimuối kiềm như Na2CO3 Nồng độ các tác nhân trung hòa tùy thuộc vào chỉ số acid củadầu Hiệu quả trung hòa bằng kiềm được đánh giá bằng chỉ số axit của dầu sau khitrung hòa

Trong quá trình trung hòa, axit béo tự do có trong dầu tác dụng với tác nhân trunghòa tạo muối axít béo gọi là xà phòng, xà phòng không tan trong dầu và có khối lượngriêng lớn hơn dầu nên tách ra khỏi dầu, lắng xuống đáy thiết bị.

 Trung hòa bằng NaOH hay KOH:

Khi trung hòa bằng NaOH hay KOH ta có phản ứng: (viết cho trường hợp NaOH)

R-COOH + NaOH → R-COONa + H2OMặt khác, NaOH còn tác dụng với triglixêrit:

(RCOO)3C3H5 + 3NaOH → C3H5(OH)3 + 3RCOONaPhản ứng này làm tổn hao dầu, do đó trong quá trình trung hòa bằng kiềm thì nhiệt

độ và nồng độ của dung dịch kiềm đưa vào phải thích hợp để làm thế nào giảm đượchay hạn chế phản ứng này xảy ra, nếu dùng dung dịch kiềm loãng (chỉ số axit bé) thìtiến hành trung hòa ở nhiệt độ 90 ÷ 950C Nếu dầu có chỉ số axit cao thì phải tiến hànhtrung hòa ở nhiệt độ thấp và ngược lại

 Trung hòa bằng Na2CO3:

Xảy ra các phản ứng sau:

Na2CO3 + H2O → NaOH + NaHCO3RCOOH + NaOH → RCOONa + H2ONếu đun nóng dầu trên 600C thì NaHCO3 bị thủy phân:

2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2ONa2CO3 tạo ra sẽ phản ứng với axit béo:

Na2CO3 + 2RCOOH → 2RCOONa + CO2 + H2OPhương pháp này dùng để trung hòa dầu có chỉ số axit thấp (do Na2CO3 là mộtkiềm yếu) Hơn nữa, khi đun nóng dầu trên 600C thì CO2 sinh ra trong quá trình phảnứng sẽ sục lên tạo điều kiện tiếp xúc giữa axit béo tự do và tác nhân trung hòa làm choquá trình trung hòa được thuận lợi, tuy nhiên cũng do hiện tượng sục CO2 mà dầu dễ bịtrào ra khỏi thiết bị, do đó thể tích thiết bị trong trường hợp này phải lớn Hơn nữa, dohiện tượng sục CO2 làm cho các hạt xà phòng nổi lên trên mặt thoáng của dầu đemtrung hòa, từ đó gây khó khăn cho quá trình lắng tách các cặn xà phòng ra khỏi dầusau khi trung hòa, nên việc sử dụng Na2CO3 rất hạn chế Phương pháp này ít gây tổnthất dầu vì Na2CO3 không tác dụng với dầu ở nhiệt độ thấp

4. Các yếu tố ảnh hưởng

Trong khi tinh luyện bằng kiềm, điều kiện kỹ thuật có tính chất quyết định chủ yếu

là nồng độ dung dịch kiềm, lượng kiềm dư so với tính toán lý thuyết, nhiệt độ khi tinhluyện Ngoài ra còn phụ thuộc vào điều kiện khuấy trộn và thời gian…

- Lượng kiềm cho vào: nếu lượng kiềm cho vào ít thì hiệu suất trung hòa kém, ngược

lại nếu lượng kiềm nhiều quá gây hao hụt dầu trung tính

- Nồng độ kiềm: nồng độ kiềm cao phản ứng diễn ra mạnh, hao hụt dầu, đồng thời

cặn xà phòng đóng chặt vào thiết bị, khó rửa Nếu nồng độ thấp, nước nhiều, xàphòng ít, loãng dễ nhũ hóa

- Nhiệt độ trung hòa: nhiệt độ thấp làm cho khả năng tiếp xúc giữa NaOH và dầu hạn

chế, nhiệt độ quá cao sẽ gây hiện tượng keo, dẫn đến việc khi hỗn hợp qua máy lytâm khó tách

Khi nồng độ kiềm cao, lượng kiềm dư nhiều, nhiệt độ cao thì phản ứng xà phònghóa dầu mỡ nhanh, kiềm có thể xà phòng hóa cả dầu mỡ trung tính làm giảm hiệu suấtthu hồi tinh luyện Do đó theo kinh nghiệm thì mỗi nồng độ kiềm đều phải tương ứngvới một nhiệt độ thích hợp và phẩm chất dầu mỡ Nồng độ kiềm càng cao thì dùng chocác loại dầu mỡ có chỉ số acid cao và nhiệt độ khi tinh luyện phải thấp

Bảng 2.1 Quy định nồng độ dung dịch kiềm tương ứng với nhiệt độ

và chỉ số acid của dầu mỡ

Nồng độ NaOH (g/l) Nhiệt độ tinh luyện ( o C) Chỉ số acid (mg KOH)

Tốc độ khuấy: - Lúc đầu: 40 vòng/phút

- Lúc sau: 20 vòng/phútCần lưu ý rằng khi trung hòa dầu, kiềm có thể xà phòng hóa cả dầu trung tính sẽlàm giảm hiệu suất thu hồi dầu tinh luyện Do đó, khi tinh luyện cần khống chế cácdiều kiện để luôn đảm bảo 2 mặt: chất lượng dầu mỡ sau khi tinh luyện tốt nhất vàmức hao hụt dầu mỡ trung tính ở mức độ thấp nhất