Ảnh hưởng của Monoacylglycerol (MAG) đến quá trình kết tinh dầu cọ và khả năng ổn định hệ nhũ nước trong dầu W/O

Quá trình kết tinh dầu cọ dưới ảnh hưởng của 4 loại MAG khác nhau (DIMH100, EM10, MO40 và MOPV) đã được khảo sát. Sự hình thành các tinh thể dầu cọ và động học kết tinh của chúng đã được phân tích bằng phổ nhiễu xạ tia X, máy quét nhiệt vi sai và quang phổ UV-VIS. Kết quả thu được cho thấy ở nồng độ 1.5%, MO40 và MOPV có ảnh hưởng đáng kể đến sự kết tinh của dầu cọ. Cả MO40 và MOPV có thể giúp ổn định hệ nhũ dầu trong nước (W/O) để thay thế lecithin nhưng cần dùng ở hàm lượng cao hơn và thu được sản phẩm có cấu trúc yếu hơn.

74 ẢNH HƯỞNG CỦA MONOACYLGLYCEROL (MAG) ĐẾN QUÁ TRÌNH KẾT TINH DẦU CỌ VÀ KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH HỆ NHŨ NƯỚC TRONG DẦU W/O EFFECT OF MONOACYLGLYCEROL ON PALM OIL CRYSTALLIZATION AND THE STABILITY OF W/O EMULSION Nguyễn Bảo Việt, Nguyễn Thị Diễm Sương Trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh Email: nbviet@hcmuaf.edu.vn TĨM TẮT Q trình kết tinh dầu cọ ảnh hưởng loại MAG khác (DIMH100, EM10, MO40 MOPV) khảo sát Sự hình thành tinh thể dầu cọ động học kết tinh chúng phân tích phổ nhiễu xạ tia X, máy quét nhiệt vi sai quang phổ UV-VIS Kết thu cho thấy nồng độ 1.5%, MO40 MOPV có ảnh hưởng đáng kể đến kết tinh dầu cọ Cả MO40 MOPV giúp ổn định hệ nhũ dầu nước (W/O) để thay lecithin cần dùng hàm lượng cao thu sản phẩm có cấu trúc yếu Từ khóa: MAG, kết tinh, dầu cọ, nhũ W/O ABSTRACT Palm oil crystallization in the addition of different MAG (DIMH100, EM10, MO40 MOPV) was investigated The formation of palm crystals and their crystallization kinetic were analyzed by X-ray diffraction, differential scanning calorimetry and UV-VIS spectroscopy The obtained results revealed that at 1.5%, MO40 and MOPV have the significant effect on the palm oil crystallization Both MO40 and MOPV can help stabilize W/O emulsion but need to add at the high concentration while the structure of products is weaker than of that using lecithin Keywords: MAG, crystallization, palm oil, W/O ĐẶT VẤN ĐỀ Q trình kết tinh chất béo đóng vai trò quan trọng ngành sản xuất chế biến sản phẩm dầu mỡ margarine shortening Ngày nay, dầu cọ nguyên liệu để sản xuất sản phẩm Do có cân tốt hàm lượng axit béo bão hòa khơng bão hòa, tinh thể dầu cọ hình thành sau trình kết tinh (chủ yếu tinh thể β’) ổn định nhiệt độ phòng(Ribeiro ctv, 2015) Tuy nhiên tinh thể hình thành trình kết tinh chủ yếu dạng α bền Q trình chuyển hóa hồn tồn α→β’ dầu cọ diễn dài Vì vậy, việc sử dụng chất hỗ trợ kết tinh cần thiết Nhiều nghiên cứu mono di acylglyceride (MAG DAG) góp phần thay đổi trình kết tinh dầu cọ (Sato, 2013; Garcia ctv, 2015; Smith ctv, 2011).Bên cạnh đó, hợp chất sở hữu gốc kỵ nước lớn hai gốc Tạp chí KHKT Nơng Lâm nghiệp, số 2/2018 rượu có tính liên kết với nước Vì vậy, chúng giàu tiềm thay lecithin, phụ gia chủ chốt ngành cơng nghiệp có tác dụng ổn định hệ nhũ nước dầu (W/O) Lecithin tổng hợp nhiều phospholipid khó để có thống cao tỷ lệ chất sản phẩm lecithin thương mại Vì hiệu sử dụng lecithin phụ thuộc nhiều vào q trình kiểm sốt điều chỉnh độ nhớt giai đoạn khác suốt q trình sản xuất mà góp phần làm tăng giá thành sản phẩm Tuy nhiên, nghiên cứu sử dụng MAG DAG công nghiệp hạn chế Vì vậy, mục tiêu nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng loại MAG khác lên kết tinh dầu cọ trình khuấy trộn làm lạnh Một số MAG tiêu biểu lựa chọn để đánh giá khả ổn định hệ nhũ W/O thay lecithin Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh 75 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Phân tích nhiệt vi sai (DSC) Vật liệu Phân tích quét nhiệt vi sai thực máy DSC Q200 (Trung tâm phân tích chất dẻo TP.HCM) để nghiên cứu nóng chảy tình trạng kết tinh hỗn hợp chất béo Để chuẩn bị cho thí nghiệm, mẫu có khổi lượng khoảng – 15 mg vào đĩa nhôm sau hàn kín lại Đồng thời, đĩa nhơm rỗng khác dùng nguồn đối chứng Mẫu đưa vào thiết bị 20˚C giữ ổn nhiệt 10 phút trước đun nóng đến 70˚C với tốc độ 10˚C/phút Dầu cọ (POR) MAG cung cấp Vandermootele (Bỉ) loại MAG sử dụng bao gồm: - DIMH100 (90% MAG), chưng cất từ super stearin - EM10 (90%MAG), chưng cất từ dầu cọ - MO40 (40% MAG), sản xuất từ dầu cọ hydrat hóa (khơng chưng cất) - MOPV (90% MAG), chưng cất từ dầu cọ hydrat hóa Soy lecithin (BOLEC®) cung cấp Sime Darby Unimills B.V Dầu hướng dương (hiệu Simply, CALOFIC VN) mua từ siêu thị Kết tinh dầu cọ: Dầu cọ trộn với MAG theo tỉ lệ khác (0.5,1 1.5%) nhiệt độ 70°C bếp khuấy từ gia nhiệt 30 phút Dầu lỏng kết tinh đến 20°C gia nhiệt ULA máy đo Brookfield (RVDE) tốc độ khuấy 100 rpm Tốc độ kết tinh trung bình 10°C/ phút sử dụng bể điều nhiệt lạnh tuần hoàn Mẫu bảo quản tủ bảo ôn 20°C trước đo phổ nhiễu xạ tia X Đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD) Trạng thái đa hình tinh thể dầu cọ nghiên cứu máy XRD D8-ADVANCE (Trung tâm INOMAR, Đại học Quốc gia TP.HCM) Tương tự nghiên cứu Danthine Gibon (2007), mẫu phân tích nhiệt độ 20°C với góc qt rộng từ 17-25˚(2θ), ghi nhận kết sau 30 giây máy dò Theo nghiên cứu trước (Danthine Gibon, 2007; Verstringe ctv, 2014) peak đặc trưng cho tinh thể α peak đơn khoảng 4.15-4.18 (°A) peak đặc trưng tinh thể β’ peak đôi thường bao gồm peak 4.19-4.20 peak 4.2-4.3 (°A) Tinh thể β hình thành dầu cọ, đặc trưng peak đơn 4.6-4.8 (°A) Tạp chí KHKT Nơng Lâm nghiệp, số 2/2018 Phân tích động học kết tinh dầu cọ Phương pháp đo quang phổ UV-VIS sử dụng để xác định thời gian tiền kết tinh dầu cọ Mẫu có khơng có bổ sung MAG nồng độ khác hòa tan 70°C trước làm lạnh bể điều nhiệt Memmert (Đức) Khi nhiệt độ đạt giá trị cần thiết (30°C) giữ ổn định nhiệt cho vào cuvet để đo máy quang phổ UV-VIS Genesys 20 bước sóng 490nm Mẫu lấy đo cách khoảng 30 giây/lần suốt 15 phút Thời gian cần thiết để hình thành tinh thể (induction time) thời gian độ hấp thu bắt đầu tăng tuyến tính Tạo hệ nhũ W/O Hệ W/O với hàm lượng nước 10, 20 30% tạo thành máy đồng hóa (IKA T25, Đức) với tốc độ 5000 rpm thời gian 10 phút Mẫu làm lạnh nước đá đến 20°C khuấy Thành phần pha dầu gồm 50% dầu cọ 50% dầu hướng dương Mẫu đồng hóa loại MAG sử dụng bao gồm MOPV MO40 với hàm lượng 0.51-1.5% Mẫu đối chứng sử dụng lecithin hàm lượng 0.3% Phân tích cấu trúc hệ nhũ W/O Cấu trúc mẫu đánh giá máy phân tích lưu biến AR2000 (TA Instrument, Mỹ) sử dụng đầu đo plate-plate (vât liệu thép, đường kính 40mm, gap 1000) Mẫu phân tích tần số 1Hz để xác định elastic modulus (G’) Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh 76 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Ảnh hưởng MAG đến hình thành tinh thể dầu cọ Bảng cho thấy rõ tác dụng MAG lên kết tinh dầu cọ POR3 Ngoại trừ bổ sung DIMNH100, mẫu lại cho thấy chuyển hóa tinh thể α → β’ xảy bổ sung EM10 nồng độ 1%, MOPV MO40 nồng độ 1.5% Trước tiên, q trình khuấy trộn kết tinh có tính hỗ trợ tốt cho chuyển hóa α → β’(Tarabukina ctv, 2009) điều hỗ trợ có mặt MAG Sự tồn MAG mẫu giúp cải thiện trình kết nối phân tử TAG dầu cọ hỗ trợ q trình chuyển hóa tinh thể từ dạng bền α (chủ yếu PPP (tripalmitin)) sang dạng ổn định β’ Đồng thời việc bổ sung MO40 EM10 ngăn cản q trình chuyển hóa β’ → β vốn khơng có lợi tinh thể β (có kích thước lớn độ cứng cao) ảnh hưởng tiêu cực đến cảm quan sản phẩm Điều xuất phát từ khác biệt cấu trúc phân tử MAG TAG Cấu trúc tinh thể β đòi hỏi có đồng cao việc xếp phân tử vào tinh thể nhóm chức alcohol MAG gây cản trở cho trình Tuy nhiên MOPV dường hỗ trợ hình thành tinh thể β dầu cọ Bảng Ảnh hưởng MAG lên dạng thù hình tinh thể dầu cọ Thành phần (%) 0.5 1.5 EM10 β’ DIMNH100 α MO40 α MOPV α α β’ β’ β’ β’ β α α β α β’ β’ β’ β’ β β’ β’ α β’ Phân tích DSC (Hình 1) cho thấy rõ ảnh hưởng MAG lên kết tinh dầu cọ điều kiện kết hợp với khuấy trộn Việc bổ sung thêm DIMNH100 EM10 nồng độ 1.5% không đem lại khác biệt rõ ràng Tuy nhiên, mẫu MO40 nhận thấy hai đỉnh nóng chảy dần kết hợp để tạo thành đỉnh Điều cho thấy MO40 góp phần kết dính TAG phân đoạn khác để tạo thành hỗn hợp eutecti đồng Sự kết hợp hỗ trợ DAG MO40 hàm lượng MAG phụ gia xấp xỉ 40% Ngược lại mẫu MOPV, ta thấy rõ có ba Tạp chí KHKT Nơng Lâm nghiệp, số 2/2018 β đỉnh nóng chảy thơng thường dầu cọ có đỉnh nóng chảy Kết hợp với XRD ta kết luận MOPV hỗ trợ chuyển hóa β’→ β dầu cọ Đỉnh nhiệt thứ đường nóng chảy mẫu bổ sung MOPV có nhiệt nóng chảy 35 - 40°C mà đặc trưng cho tinh thể β phân đoạn khơng bão hòa dầu cọ Ngun nhân q trình chuyển hóa chưa thật rõ ràng nhiên cỏ thể liên quan đến chất MOPV MAG có hàm lượng cao stearic acid mà thường hỗ trợ cho q trình chuyển hóa thành tinh thể β (Danthine Gibon, 2007) Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh 77 Hình Đồ thị mơ tả q trình nóng chảy dầu cọ bổ sung MAG (theo thứ tự từ xuống: Mẫu không bổ sung MAG, bổ sung DIMH100, EM10, MOPV MO40) Động học kết tinh điều kiện khuấy không khuấycủa dầu cọ bổ sung MAG Thực tế, mầm tinh thể không hình thành tồn suốt tuổi thọ sản phẩm, Thời gian cần cho tinh thể hình thành hay nghịch đảo tỉ lệ hạt mầm tinh thể hình thành theo giây (J/s) Ảnh hưởng MAG lên hình thành tinh thể trình kết tinh dầu cọ thể hình Kết phân tích cho thấy thời gian xuất tinh thể POR3 rút ngắn đáng kể thêm phụ gia MAG Sự diện MAG nồng độ >1% giảm tới 2/3 thời gian cần thiết cho trình tiền kết tinh dầu cọ Ở đây, MAG đóng vai trò chất mầm dị thể cung cấp bề mặt cho mầm tinh thể TAG bám lên để phát triển thành tinh thể giúp rút ngắn thời gian kết tinh Tuy nhiên trình cần có cân lượng mầm tinh thể tạo thành trình làm lạnh sẵn sàng bề mặt dị thể (tỷ lệ với nồng độ MAG mẫu) Nếu nồng độ MAG lớn làm tăng khoảng cách mầm tinh thể TAG làm giảm hiệu q trình hỗ trợ kết tinh Kết thí nghiệm nồng độ MAG khoảng 1.5% tối ưu để hỗ trợ trình kết tinh dầu cọ Hình Ảnh hưởng MAG đến thời gian hình thành mầm tinh thể dầu cọ Tạp chí KHKT Nông Lâm nghiệp, số 2/2018 Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh 78 Hệ nhũ W/O ổn định MAG Kết thí nghiệm cho thấy hệ W/O bổ sung MAG ổn định hàm lượng phụ gia đạt mức 1.5% với lecithin, hàm lượng cần thiết mức 0.3% Khi so sánh MAG MO40 hiệu so với MOPV Mẫu 30% nước ổn định với hàm lượng MO40 1.5% với MOPV, hàm lượng cần thiết 2% Điều lý giải MO40 có chứa 60% DAG có hoạt tính ưa nước mạnh đáng kể so với MAG đơn MOPV Phân tích cấu trúc (Hình 3) hệ W/O ổn định MAG có độ bền lực so với hệ ổn định lecithin Giữa MOPV MO40, mẫu ổn định MOPV có độ chịu lực cao Nguyên nhân tinh thể β tạo thành MOPV có độ bền cao so với tinh thể β’ dầu cọ thông thường (khi bổ sung MO40) 1.000E7 1.000E7 1.000E6 1.000E6 G' (Pa) G'' (Pa) 1.000E5 1.000E5 10000 10000 W 2O 8-M O PV 15 W 2O W 2O 8-M O 40-15 1000 10.00 100.0 osc.stress(Pa) 1000 1000 10000 Hình Phân tích cấu trúc hệ nhũ W/O (20% nước) ổn định MAG (theo thứ tự từ xuống: hệ ổn định lecithin 0.3%, MOPV 1.5% MO40 1.5%) KẾT LUẬN Kết nghiên cứu bổ sung MAG góp phần thúc đẩy chuyển hóa tinh thể từ dạng bền α sang dạng ổn định β’ Đồng thời diện MAG làm giảm thời gian hình thành tinh thể Trong số MAG, bổ sung MO40 trì hỗn việc chuyển hóa β’ thành β Tỷ lệ MAG phù hợp hỗ trợ cho trình kết tinh dầu cọ 1,5% hai loại MOPV MO40 Cả MOPV MO40 Tạp chí KHKT Nơng Lâm nghiệp, số 2/2018 có dùng để ổn định hệ nhũ W/O hiệu so với sử dụng lecithin cần dùng hàm lượng tương đối cao (1.5-2%) Lời cảm ơn Nghiên cứu hỗ trợ kinh phí Đại học Nơng Lâm TP.HCM (đề tài sở CSCB16-CNHH-01) Nhóm nghiên cứu cám ơn Trung Tâm INOMAR (ĐHQG TPHCM) Trung tâm phân tích chất dẻo TP.HCM hỗ trợ thực phân tích XRD DSC Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO Danthine S and Gibon V., 2007 Comparative analysis of triacylglycerol composition, melting properties and polymorphic behavior of palm oil and fractions Eur J Lipid Sci Technol 109: 359-372 Garcia L.B., Patel A.R., Dewettinck K., Rousseau D., Sato K and Ueno S., 2015 Lipid crystallization kinetics — roles of external factors influencing functionality of end products Current Opinion in Food Science 4: 32-38 Ribeiro A.B.P., Masuchi M.H., Miyasaki E.K., Domingues M.A.F., Stropa V.L.Z., Oliveira G.M and Kieckbusch T.G., 2015 Crystallization modifiers in lipid systems J Food Sci Technol 52 (7): 3925-3946 Tạp chí KHKT Nơng Lâm nghiệp, số 2/2018 Sato K., 2013 External factor affecting polymorphic crystallization of lipids Eur J Lipid Sci Technol 115: 1224-1238 Smith K., Bhaggan K., Talbot G and Malssen K.F., 2011 Crystallization of Fats: Influence of Minor Components and Additives JAOCS 88: 1085-1101 Tarabukina E., Jego F., Haudin J M., Navard P and Peuvel D E., 2009 Effect of Shear on the Rheology and Crystallization of Palm Oil Journal of Food Science 74 (8): 450416 Verstringe S., Danthine S., Blecker C and Dewettinck K., 2014 Influence of a commercial monoacylglycerol on the crystallization mechanism of palm oil as compared to its pure constituents Food Research International 62: 694-700 Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh ... trợ trình kết tinh dầu cọ Hình Ảnh hưởng MAG đến thời gian hình thành mầm tinh thể dầu cọ Tạp chí KHKT Nông Lâm nghiệp, số 2/2018 Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh 78 Hệ nhũ W/O ổn định. .. Minh 76 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Ảnh hưởng MAG đến hình thành tinh thể dầu cọ Bảng cho thấy rõ tác dụng MAG lên kết tinh dầu cọ POR3 Ngoại trừ bổ sung DIMNH100, mẫu lại cho thấy chuyển hóa tinh thể... tích cấu trúc hệ nhũ W/O (20% nước) ổn định MAG (theo thứ tự từ xuống: hệ ổn định lecithin 0.3%, MOPV 1.5% MO40 1.5%) KẾT LUẬN Kết nghiên cứu bổ sung MAG góp phần thúc đẩy chuyển hóa tinh thể từ