THIẾT kế THÍ NGHIỆM TINH CHẾ dầu cám gạo THÔ

Dầu cám gạo thường được coi là một trong những loại dầu thực vật có chất lượng cao.. Hơn nữa, trong cám gạo còn chứa một lượng dầu tương đối lớn, dầu cám gạo có giá trị về mặt dinh dưỡng

THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM TINH CHẾ DẦU CÁM GẠO THÔ

I Tổng quan về dầu cám gạo.

1 Nguồn gốc.

Cám gạo là phụ phẩm chính thu được từ lúa sau khi xay xát và thường chiếm khoảng 10% trọng lượng lúa Dầu cám là một lipid được chiết xuất

từ cám gạo – phần vỏ lụa ngoài cùng của hạt gạo lức, nó có chứa 15 – 22% dầu

Dầu cám gạo, còn gọi là dầu gạo được sử dụng rộng rãi ở các nước châu

Á như Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, Đài Loan, Thái Lan và Pakistan Dầu cám gạo thường được coi là một trong những loại dầu thực vật có chất lượng cao

Trong cám gạo có nhiều thành phần có giá trị dinh dưỡng như protein, lipid, glucose, vitamin,… cám gạo còn chứa hợp chất đặc biệt quan trọng

đó là gamma-oryzanol, với tính năng chống oxy hóa, giảm cholesterol, chống lão hóa, tăng cường miễn dịch Hơn nữa, trong cám gạo còn chứa một lượng dầu tương đối lớn, dầu cám gạo có giá trị về mặt dinh dưỡng cao, được sử dụng rộng rãi trong dược phẩm, thực phẩm và công nghiệp hóa chất do tính độc đáo và có giá trị y học cao

2 Thành phần hóa học.

Dầu cám gạo thô thường có nồng độ acid rất cao (acid béo tự do lên đến 50%) Điều này là do thực tế dầu chứa trong cám gạo nhanh chóng bị phân hủy trong không khí ẩm và dưới tác động của enzyme lipase; enzyme này góp phần làm tăng sự thủy phân triglyceride và các axit béo

tự do Sau 2 - 3 ngày bảo quản, tính acid của dầu tăng lên đến 10%; trong khi những giờ đầu tiên, nó có thể tăng ở mức 1% mỗi giờ Để cải thiện được tình hình này thì có thể:

 Xử lý cám gạo ngay lập tức sau khi xay xát Tuy nhiên điều này rất khó, do thực tế các nhà máy dung môi thường nằm xa các cơ sở xay xát lúa gạo

 Hoặc tiến hành khử trùng cám gạo tại các nhà máy xay xát, bằng cách sấy chúng ở nhiệt độ 90 - 1000C và làm khô nó để ngăn chặn

sự hoạt động của enzyme lipase và do đó cho phép lưu trữ chúng trước khi vận chuyển và khai thác dầu

Dầu cám có tỷ lệ sáp cao nên dễ bị vẫn đục Ngoài ra, nếu dầu cám thô sau khi ép không qua lọc và tinh chế ngay thì phẩm chất nhanh chóng bị

giảm sút, chỉ số acid tăng nhanh, màu dầu từ vàng chuyển sang xanh thẫm rồi đen

Bảng 1 Thành phần của dầu cám gạo thô.

Thành phần Hàm lượng (g/100 g dầu)

 Chất béo xà phòng hóa

- Chất béo trung tính

Triacylglycerol

Diacyglycerol

Monoacylglycerol

Acid béo tự do

Sáp

- Glycolipids

- Phospholipids

 Thành phần không xà phòng hóa

- 4-Desmethylsterols

- 4-Monomethylsterols

- 4,4 ’-Dimethylsterols

- Hydrocarbons

- Tocopherols

- Tocotrienols

90 - 96

79 - 85

66 - 77 2.4 - 3.6 4.7 - 6.2 1.6 - 3.6 2.4 - 3.6 5.4 - 6.7 3.6 - 4.8

4.2

1.8 0.4 12 0.8 0.04 0.07

Phytosterol:

Ba nhóm phytosterol có mặt trong dầu cám gạo thô là : 4,4'-dimethylsterols, 4

monomethylsterols, và 4-desmethylsterols Phytosterol là thành phần phi dinh

dưỡng và đã được chứng minh là có thể ức chế cholesterol hấp thu ở ruột non Do

đó, người ta có thể sử dụng chúng để làm giảm nồng độ cholesterol trong máu đối

với những người có cholesterol trong máu cao Ngoài ra, dầu cám gạo chứa 4-monomethylsterols với một ethylidene chuỗi bên, nó góp phần vào sự ổn định quá

trình oxy hóa của dầu cám gạo trong khi sấy ở nhiệt độ cao Hơn nữa, một vài nghiên cứu đã chỉ ra rằng có nguy cơ gây ra ung thư đại tràng khi tăng lượng phytosterol

Các thành phần đặc trưng của dầu cám gạo thô là 81,3 84,3% triglycerides, 2 -3% diglycerides, 5 - 6% mononglycerides, 2 - -3% acid béo tự do, 3 – 4% chất sáp, 0,8% glycolipid, 1,6% phospholipid, 4% chất không xà phòng hóa So với các loại dầu thực vật khác, dầu cám gạo thô có xu hướng chứa hàm lượng cao các thành phần phi triglycerides, hầu hết chúng được loại bỏ trong quá trình tinh chế Các acid béo, monoglycerides tự do và diglycerides trong dầu cám gạo kết hợp với enzym thủy phân Các phospholipids chủ yếu bao gồm phosphatidylcholine, phosphatidylethanaolamine và phosphatidylinositol Hàm lượng sáp trong dầu có thể bị thay đổi, tùy thuộc vào các thông số giống cây trồng và chế biến

Bảng 2 So sánh hàm lượng các acid béo trong dầu cám gạo với một số

loại dầu khác (%)

gạo

Dầu đậu phộng

Dầu đậu nành Dầu Bông

Acid béo oleic và linoleic chiếm khoảng 80% các acid béo của glycerides Dầu cám gạo cũng giống như dầu đậu phộng đều có thành phần acid béo bão hòa cao hơn so với dầu đậu nành

Dầu cám gạo thô có thể được tinh luyện thành dầu ăn thông qua tinh luyện bằng phương pháp hóa học hoặc phương pháp vật lý Dầu cám gạo là một loại dầu trộn salad tuyệt hảo Ngoài ra, nó còn rất bền dưới các chế độ nhiệt hơn bất kỳ loại dầu thực vật nào khác do nó có sự cân bằng giữa các thành phần acid linoleic và oleic, rất ít acid linolenic, và lượng lớn các chất chống oxy hóa tự nhiên (tocopherols và tocotrienols)

Các chất sterol có nguồn gốc thực vật từ lâu được biết đến như tác nhân làm giảm sự hấp thu cholesterol do nó cạnh tranh với cholesterol trong việc tạo mixen vận chuyển qua thành ruột Hầu hết các sterol thực vật đều hấp thụ kém 3 gam β-sitosterol mỗi ngày trong chế độ dinh dưỡng sẽ làm giảm sự hấp thu cholesterol lên đến 50%

Tocopherol và tocotrienol trong dầu cám không nhiều hơn trong các loại dầu thực vật khác Tuy nhiên, tác dụng chống oxy hóa tuyệt vời của dầu cám được biết đến không chỉ do tocopherol hay tocotrienol mà còn do các ester của acid ferulic Acid ferulic được ester hóa với triterpene alcohols, sterols, và methanol Hỗn hợp các ester của acid ferulic với sterols và các triterpene alcohol, chủ yếu là β-sitosterol, campesterol, cycloartenol và 24-methylene cycloartanol được gọi là oryzanol (hay gamma-oryzanol) Oryzanol được xác nhận có tác dụng như kích thích tố ảnh hưởng lên hệ thống thần kinh tự chủ Nó được chứng minh là có tác dụng kích thích sinh trưởng, kéo dài chu trình sinh sản trên động vật và làm gia tăng sự phát triển hệ thống mao quản trên biểu bì da Oryzanol có khoảng 2% trong dầu cám gạo thô và khoảng 1,7% trong dầu sau khi tách keo Lượng oryzanol này chủ yếu tập trung trong chất keo và hỗn hợp xà phòng tách ra trong quá trình tinh luyện [30]

Phospholipids cũng được sản xuất từ các chất keo lấy ra trong quá trình tinh luyện dầu cám Đây là những hợp chất diacyl glycerolphosphate, chúng chiếm 4 -5% lượng chất béo trong cám gạo Phosphatidyl choline (hay lecithin) đã được chứng minh là có tác dụng làm giảm việc hấp thu cholesterol trong cơ thể và làm tăng lượng choline trong máu Lecithin sản xuất từ dầu cám có chứa 20 - 25% phosphatidyl choline

Các chất sáp chiếm 3 - 4% trọng lượng của dầu cám thô được chiết xuất ở nhiệt độ cao Chất sáp trong cám gạo là ester của acid béo mạch dài (có 16-26 nguyên tử cacbon) và rượu béo (chứa 22 - 30 nguyên tử cacbon) Chất sáp được tách ra từ dầu thô thông qua quá trình kết tinh và lắng ở nhiệt độ thấp Chất sáp này được tinh chế bằng việc rửa với aceton hoặc ethanol để tách bỏ phần dầu Sáp từ cám gạo được khuyến cáo sử dụng ở Mỹ trong việc thay thế các bao bì nhựa để bao gói trực tiếp các sản phẩm thực phẩm Sáp từ cám gạo cũng sử dụng cho việc bao gói các sản phẩm hoa quả thực phẩm tươi để ngăn chặn sự mất ẩm Nó cũng được sử dụng làm chất nền cho son môi và các mỹ phẩm khác

3 Tính chất vật lý.

- Dầu cám gạo nhẹ hơn nước, có tỷ trọng 0,91 - 0,97 Mức độ không no càng lớn thì tỷ trọng càng lớn

- Chỉ số khúc xạ 1,448 - 1,474 Mức độ không no càng lớn thì chỉ số khúc xạ càng cao

- Tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như eter, benzen, hexan,…

4 Ứng dụng trong mỹ phẩm.

 Làm chậm quá trình lão hóa của cơ thể.

Trước đây vitamin E được xem là một trong những chất có tác dụng chống oxy hóa tự nhiên hàng đầu, nhưng hàm lượng gamma-oryzanol có trong thành phần dầu gạo còn có tác dụng mạnh gấp 4 lần so với vitamin E trong việc ngăn ngừa các mô tế bào bị oxy hóa Cùng với vitamin E, gamma-oryzanol được chứng minh có tác dụng ức chế sự hình thành các gốc tự do và vô hiệu hóa tác hại của chúng, giúp chống lại quá trình lão hóa, bảo vệ sức khỏe về lâu dài Chính vì vậy tại Nhật, ngoài việc sử dụng dầu gạo như một loại dầu ăn tốt cho sức khỏe, người ta còn dùng dầu gạo với hàm lượng cao gamma-oryzanol vào việc sản xuất các loại mỹ phẩm thiên nhiên, giúp làm đẹp da, chống nắng và chống lão hóa, bảo vệ da khỏi các hư tổn oxy hóa do những tác động của môi trường bên ngoài

5 Gamma-oryzanol.

Hỗn hợp các ester của acid ferulic với sterols và các triterpene alcohol, chủ yếu là β-sitosterol, campesterol, cycloartenol và 24-methylene cycloartanol được gọi là oryzanol (hay gamma-oryzanol) Oryzanol được xác nhận có tác dụng như kích thích tố ảnh hưởng lên hệ thống thần kinh tự chủ

Nó được chứng minh là có tác dụng kích thích sinh trưởng, kéo dài chu trình sinh sản trên động vật và làm gia tăng sự phát triển hệ thống mao quản trên

biểu bì da Oryzanol có khoảng 2% trong dầu cám gạo thô và khoảng 1,7% trong dầu sau khi tách keo Lượng oryzanol này chủ yếu tập trung

trong chất keo và hỗn hợp xà phòng tách ra trong quá trình tinh luyện

Gamma-oryzanol được tách ra đầu tiên vào năm 1954 bởi Kaneko và Tsuchiya từ một chất kết tinh trong thành phần không xà phòng hóa của cám gạo Ba năm sau, Shimizu sử dụng một phương pháp chiết xuất khác, phát hiện rằng gamma-oryzanol không phải là một thực thể duy nhất mà khẳng định nó gồm 3 este của acid ferulic với triterpene alcohols, sterols và methanol Kể từ đó, các nghiên cứu khác nhau đã tiến hành xác định được các thành phần của gamma-oryzanol, cho phép xác định hơn 20 este của acid ferulic với trierpene alcohols và sterol bởi các phương pháp khác nhau Năm

2000, Fatemeh Malekian và các cộng sự đã nghiên cứu về đề tài “Lipase và hoạt động của lipoxygenase, chức năng và tổn thất dinh dưỡng trong quá trình bảo quản dầu cám gạo”, theo đó cám gạo có tiềm năng lớn như là một nguồn bổ sung nhiều chất dinh dưỡng Tuy nhiên, việc sử dụng cám gạo như

là thực phẩm và thức ăn chăn nuôi còn hạn chế, bởi nó không ổn định do bị thủy phân và oxy hóa Cám gạo có chứa 12% - 23% chất béo thô, tùy thuộc vào từng loại gạo Sau quá trình xay xát, chất lượng cám gạo xuống cấp nhanh chóng, các gốc tự nhiên trong cám bị thủy phân mà chủ yếu là lipid, dẫn đến nồng độ acid tăng lên và giảm độ pH Tùy thuộc vào loại lipase có trong cám, điều kiện bảo quản, và các phương pháp đóng gói, quá trình hư hỏng do enzyme lipase xảy ra ở các mức độ khác nhau Năm 2012, Ramon Oliveira và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện chiết xuất đến năng suất và thành phần của dầu cám gạo khi chiết xuất bởi ethanol Năm 2009, Amarasnghe nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp

ổn định đến quá trình tách chiết dầu cám gạo bằng dịch nước Năm 2009, Siti Zullaikah, Elda Melwita và Yi-Hsu Ju đã phân lập oryzanol từ dầu cám gạo

II NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN.

1 Dầu cám gạo.

Dầu cám gạo thô đã được trích ly sẳn tại phòng thí nghiệm hóa hữu cơ (Lap 3), tầng 3, thuộc bộ môn Công nghệ hóa học, khoa Công nghệ, Đại học Cần Thơ

2 Thiết bị và hóa chất sử dụng:

II.1Thiết bị dự định sử dụng:

- Cân điện tử

- Lọc chân không

- Cô quay chân không

- Bếp từ

- Máy ly tâm

- Sấy chân không

- Tủ sấy

II.2Hóa chất dự định sử dụng

- Dầu cám gạo thô

- Than hoạt tính

- Dd KOH 0,1N

- Dd KOH 0,5N

- phenolphtalein

- dd Iod 0,1N

- cồn tuyệt đối

- dung dịch Na2S2O3 0,1N

- dung dịch hồ tinh bột 1%

- dung dịch Na2SO3 0,1N

- hỗn hợp CH3COOH:CHCl3 (tỷ lệ 2:1)

- KI bão hòa

- dung dịch HCl 0,5N

3 Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của dầu cám gạo thô.

3.1 Xác định chỉ số acid:

 Định nghĩa: Chỉ số acid của lipit là số miligam KOH cần để trung hòa acid

béo tự do trong một gam chất béo

 Ý nghĩa: Chỉ số acid cho biết độ tươi của chất béo Chỉ số này càng cao thì

chất béo càng không tốt, đã bị phân hủy hay bị oxy hóa một phần

 Nguyên tắc: Trung hòa lượng acid béo tự do có trong chất béo bằng dung

dịch KOH, phản ứng xảy ra như sau:

RCOOH + KOH → RCOOK + H2O Dựa vào lượng KOH dùng để trung hòa các acid béo để tính chỉ số acid

 Tiến hành:

- Cân 5g dầu thô cho vào bình tam giác 100ml, cho thêm 50ml hỗn hợp cồn

- ete (tỷ lệ 1:1) và 2 giọt phenolphtalein 1%, lắc đều

- Tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch KOH 0,1N đến khi dung dịch chuyển

sang màu hồng nhạt

 Tính kết quả:

X = V 5 , 611

w

Trong đó: V: là thể tích KOH 0,1N dùng để chuẩn độ (ml)

w: khối lượng dầu (g)

3.2 Xác định chỉ số iod.

 Định nghĩa: Chỉ số iod là số gam iod cần thiết để kết hợp với 100 gam chất

béo

 Ý nghĩa: Chỉ số iod cho biết độ chưa no của của các acid béo có trong mẫu Chỉ

số này càng cao chứng tỏ chất béo càng lỏng và càng dễ bị oxy hóa

 Nguyên tắc: Thực hiện phản ứng cộng của lượng chất thừa hoạt động ICl và

các nối kép của chất béo được hòa tan trong CH3Cl Lượng ICl còn dư sẽ được kết hợp với KI để giải phóng I2 ở dạng tự do và được định phân bằng dung dịch chuẩn Na2S2O3 với chỉ thị hồ tinh bột

 Tiến hành:

- Cân 1g dầu cho vào bình tam giác 100ml

- Cho thêm 5ml cồn tuyệt đối và 5ml Iod 0,1N vào, chuẩn độ iod giải phóng bằng dung dịch Na2S2O3 0,1N cho đến khi có màu vàng rơm

- Cho thêm 1ml dung dịch hồ tinh bột 1% và chuẩn độ cho đến khi mất màu hoàn toàn

- Song song làm thí nghiệm kiểm tra

 Tính kết quả:

I= ( b−a) f 0 , 01269 100

c

Trong đó: a: thể tích Na2S2O3 0,1N dùng để chuẩn độ bình kiểm tra (ml)

b: thể tích Na2S2O3 0,1N dùng để chuẩn độ bình thí nghiệm (ml)

f: hệ số điều chỉnh nồng độ Na2S2O3

0,01269: số gam iod tương ứng với 1ml dung dịch Na2SO3 0,1N

c: khối lượng dầu (g)

3.3 Xác định chỉ số peroxit.

 Định nghĩa: Chỉ số peroxid là số gam iod được giải phóng ra bởi peroxit có

trong 100g chất béo

 Ý nghĩa: Chỉ số peroxit phản ánh mức độ ôi của chất béo Chỉ số này càng

cao thì độ tươi của chất béo càng thấp

 Nguyên tắc: Khi có oxy không khí, các acid béo có trong thành phần của dầu

nhất là các acid béo không no sẽ dễ dàng bị oxy hóa một phần tạo thành peroxit Lượng iod giải phóng ra có thể chuẩn độ bằng dung dịch Natri hyposulfit với chỉ thị là hồ tinh bột

2Na2S2O3 + I2 → 2NaI + Na2S4O6 Dựa vào lượng Na2S2O3 chuẩn độ để tính được chỉ số peroxit

 Tiến hành:

- Bình 1: Cho vào 2g dầu

- Bình 2: Cho vào 2g nước cất

+ Thêm vào mỗi bình 10ml hỗn hợp CH3COOH:CHCl3 (tỷ lệ 2:1)

+ Thêm 0,5ml dung dịch hồ tinh bột 1%

+ Thêm 1ml KI bão hòa

+ Để yên khoảng 5 phút

+ Sau đó đem đi chuẩn độ bằng Na2S2O3 0,01N cho đến khi mất màu xanh

 Tính kết quả:

c

Trong đó: a: thể tích Na2S2O3 0,01N dùng để chuẩn độ bình số 1 (ml)

b: thể tích Na2S2O3 0,01N dùng để chuẩn độ bình số 2 (ml)

f: hệ số điều chỉnh nồng độ Na2S2O3

0,01269: số gam iod tương ứng với 1ml dung dịch Na2S2O3 0,01N c: khối lượng dầu (g)

3.4 Xác định chỉ số xà phòng hóa.

 Định nghĩa: Chỉ số xà phòng hóa là số mg KOH cần thiết để trung hòa các

acid béo tự do và xà phòng hóa este có trong 1g dầu mỡ

 Ý nghĩa: Cho biết phân tử lượng trung bình của các acid béo tham gia thành

phần của chất béo đem phân tích Chỉ số này càng cao thì khối lượng phân tử trung bình của acid càng nhỏ

 Nguyên tắc: Cho chất béo kết hợp với một lượng KOH thừa để cho các acid

béo chuyển thành xà phòng Phần KOH thừa được định lượng bằng một dung dịch acid chuẩn với phenolphtalein làm chất chỉ thị màu Dựa vào lượng kiềm phản ứng, tính được chỉ số xà phòng hóa

 Tiến hành:

- Lấy 1g dầu cho vào bình cầu, thêm vào 10ml KOH 0,5N và 50ml cồn

- Lắp ống làm lạnh không khí

- Đun sôi cách thủy 1 giờ Sự xà phòng hóa kết thúc khi dung dịch ở trong bình trở nên trong suốt, làm nguội hỗn hợp

- Thêm vài giọt phenolphtalein vào bình

- Chuẩn độ bằng dung dịch HCl 0,5N Song song làm thí nghiệm kiểm tra với nước cất

 Tính kết quả:

c

Trong đó: a: thể tích dung dịch HCl 0,5N dùng để chuẩn độ bình kiểm tra (ml)

b: thể tích dung dịch HCl 0,5N dùng để chuẩn độ bình thí nghiệm (ml) 28,055: số miligam KOH có trong 1ml KOH 0,5M

c: khối lượng dầu (g)

4 Quy trình tinh chế dầu cám gạo thô ở phòng thí nghiệm.

11

Tẩy màu

Phân tích các chỉ tiêu chất lượng Dầu cám thô

Sấy dầu