Nghiên cứu công nghệ trích ly nhựa dầu tiêu

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ VÂN ANH NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRÍCH LY NHỰA DẦU TIÊU Chuyên ngành : KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã số ngành : 2.11.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2004 i CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: GS TSKH LƯU DUẨN Cán chấm nhận xét 1: TS TỐNG VĂN HẰNG Cán chấm nhận xét 2: TS TRẦN BÍCH LAM Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 27 tháng 09 năm 2004 ii Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -o0o - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Vân Anh Ngày, tháng, năm sinh: 04/02/1974 Chuyên ngành: Khoa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Phái: Nữ Nơi sinh: Hà Tây Mã số: 2.11.00 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu công nghệ trích ly nhựa dầu tiêu II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tối ưu hoá hiệu suất thu hồi nhựa dầu công đoạn trích ly sản xuất nhựa dầu tiêu - Nghiên cứu công nghệ chuyển nhựa dầu tiêu thành dạng tan nước - Ứng dụng nhựa dầu tiêu để sản xuất loại sản phẩm thực phẩm - Xây dựng phương án sản xuất nhựa dầu tiêu Việt Nam III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/12/2003 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 27/09/2004 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS TSKH LƯU DUẨN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH GS.TSKH LƯU DUẨN PGS.TS PHẠM VĂN BÔN BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH PGS.TS PHẠM VĂN BÔN Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Ngày 20 tháng 09 năm 2004 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH iii Lời Cảm Ơn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc Giáo sư, Tiến só Lưu Duẩn, người hướng dẫn thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, động viên người thân, bạn bè đồng nghiệp suốt thời gian thực luận án Lê Vân Anh iv TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Nhựa dầu tiêu đen sản phẩm sản xuất từ hạt tiêu đen phương pháp trích ly Sản phẩm sử dụng chủ yếu phụ gia tạo hương vị cho sản phẩm thực phẩm chế biến sẵn để thay cho việc sử dụng tiêu bột Hiện nay, nhựa dầu tiêu đen sản xuất sử dụng nhiều nước giới với sản lượng tiêu thụ hàng năm lên đến 2.000 Trong năm qua, Việt Nam trở thành nước có sản lượng hạt tiêu cao giới, nhiên hầu hết sản lượng xuất dạng nguyên liệu thô giá trị xuất chưa cao Luận án thực với mục tiêu bước đầu nghiên cứu thử nghiệm việc xây dựng công nghệ sản xuất nhựa dầu tiêu Việt Nam với nguyên liệu sẵn có nước, nhằm góp phần tạo giá trị gia tăng cho hồ tiêu Việt Nam Mục tiêu có ý nghóa nguyên liệu sử dụng để sản xuất nhựa dầu tiêu hạt tiêu đen có phẩm cấp thấp (tiêu lép), không đủ tiêu chuẩn xuất Cụ thể hoá mục tiêu trên, luận án thực nội dung: Thứ nhất, xác định thông số công nghệ tối ưu cho trình trích ly quy trình sản xuất nhựa dầu tiêu Kết điều kiện nhiệt độ 700C, thời gian 6,7 tỷ lệ dung môi so với nguyên liệu 5,1 lần thu lượng chất trích ly cao nhất, đạt gía trị 10,6% Tiến hành sản xuất thử theo thông số công nghệ tối ưu, thu sản phẩm nhựa dầu tiêu có hàm lượng piperine tinh dầu tương ứng 34,5% 16,7% Thứ hai, nghiên cứu công nghệ chuyển nhựa dầu tiêu thành dạng chế phẩm có khả phân tán nước Sau đánh giá mức độ đáp ứng chế phẩm sản phẩm sốt tiêu đen v Thứ ba, sản xuất thử sản phẩm cá sốt cà, sốt tiêu đen mayonnaise với việc sử dụng nhựa dầu tiêu thay cho việc sử dụng tiêu bột Trong phần nội dung này, sản phẩm, việc đánh giá chất lượng sản phẩm, so sánh với sản phẩm tương ứng sử dụng tiêu bột vấn đề đánh giá hiệu công nghệ hiệu kinh tế việc sử dụng nhựa dầu tiêu thực quy trình sản xuất loại sản phẩm Cuối thiết lập phương án xây dựng dây chuyền sản xuất nhựa dầu tiêu Việt Nam suất 300 tấn/năm vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hoá học hạt tiêu Trang Bảng 1.2: Thời điểm thu hoạch tiêu để sản xuất sản phẩm khác 16 Bảng 1.3: Sản lượng hồ tiêu nước 1997 – 2003 20 Baûng 1.4: Sản lượng hồ tiêu xuất nước 1997 – 2003 21 Bảng 1.5: Sản xuất, nhập khẩu, xuất tồn kho hồ tiêu Việt Nam naêm 2003 .22 Bảng 1.6: Một số ứng dụng nhựa dầu tiêu .28 Bảng 2.1: Hàm lượng piperine, tinh dầu độ ẩm hạt tiêu nguyên liệu .46 Bảng 2.2: Một số tiêu vật lý hạt tiêu đen nguyên liệu 46 Bảng 3.1: Bố trí kết thí nghiệm tối ưu hoá công đoạn trích ly nhựa dầu tiêu .60 Bảng 5.1: Các sản phẩm sản xuất thử 71 Baûng 6.1: Giá máy thiết bị sử dụng cho dây chuyền sản xuất nhựa dầu tiêu vii 91 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1: Các loại sản phẩm từ trái tiêu Trang 16 Sơ đồ 1.2: Phương pháp sản xuất nhựa dầu tiêu giai đoạn sử dụng dung môi trích ly truyền thống 32 Sơ đồ 1.3: Phương pháp sản xuất nhựa dầu tiêu SCFE sử dụng CO2 35 Sơ đồ 1.4: Phương pháp sản xuất nhựa dầu tiêu giai đoạn .36 Sơ đồ 1.5: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 43 Sơ đồ1.6: Sơ đồ công nghệ trình trích ly 44 Sơ đồ 2.1: Sơ đồ nội dung nghiên cứu 49 Sơ đồ 4.2: Sản xuất sốt tiêu ñen duøng aquaresin .69 Sơ đồ 6.1 Sơ đồ quy trình sản xuất nhựa dầu tiêu 88 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 1.1: Giá hồ tiêu xuất Việt Nam giá thị trường giới Trang 19 Biểu đồ 2.1: Phân tích rây tích lũy hạt tiêu chế độ xay 25 giây/ 50 g 53 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Vườn trồng tiêu Trang Hình 1.2: Trái tieâu .6 Hình 1.3: Cấu trúc trái tiêu viii MỤC LỤC Nhiệm vụ luận văn thạc só iii Lời cảm ơn tác giả iv Toùm tắt luận văn thạc só v LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Cây tiêu sản phẩm từ hạt tiêu 1.1.1 Nguồn gốc đặc điểm thực vật tiêu 1.1.2 Thành phần hoá học hạt tiêu 1.1.3 Các loại sản phẩm từ trái tiêu .13 1.2 Tình hình xuất hạt tiêu Việt Nam 16 1.3 Tình hình sản xuất tiêu thụ nhựa dầu tiêu giới .22 1.4 Nhựa dầu tiêu công nghệ sản xuất .23 1.4.1 Tính chất nhựa dầu tiêu kỹ thuật sử dụng 23 1.4.1.1 Thành phần hoá học nhựa dầu tiêu 23 1.4.1.2 Tính chất vật lý cảm quan nhựa dầu tiêu 25 1.4.1.3 Tác dụng sinh học nhựa dầu tiêu 26 1.4.1.4 Kỹ thuật sử dụng nhựa dầu tiêu sản xuất thực phẩm 27 1.4.2 Công nghệ sản xuất nhựa dầu tiêu giới 31 1.4.3 Phương pháp trích ly yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly .40 1.4.3.1 Khái niệm trình trích ly 40 1.4.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 42 CHƯƠNG ĐỐI TƯNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45 2.1 Đối tượng nghiên cứu 45 2.1.1 Hạt tiêu đen .45 2.1.2 Dung moâi ethanol 47 2.2 Phương pháp nghiên cứu 48 2.2.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu 48 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu .49 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN VỀ NGHIÊN CỨU TRÍCH LY NHỰA DẦU TIÊU 56 3.1 Vai trò thông số công đoạn trích ly 56 3.2 Tối ưu hoá công đoạn trích ly 57 ix CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN VỀ NGHIÊN CỨU NHỰA DẦU TAN TRONG NƯỚC 62 4.1 Nghiên cứu tạo chế phẩm aquaresin tiêu đen 62 4.2 Đánh giá khả đáp ứng aquaresin sảnphâm sốt tiêu đen 67 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN VỀ VIỆC ỨÙNG DỤNG NHỰA DẦU TIÊU VÀO SẢN XUẤT MỘT SỐ SẢN PHẨM THỰC PHẨM 71 5.1 Sản phẩm cá sốt cà đóng hộp 72 5.2 Sản phẩm sốt tiêu đen .76 5.3 Sản phẩm mayonnaise 79 CHƯƠNG XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN SẢN XUẤT NHỰA DẦU TIÊU TẠI VIỆT NAM 83 6.1 Tiềm thị trường 83 6.2 Địa điểm xây dựng, công suất thiết kế .83 6.3 Sô đồ quy trình công nghệ 84 6.4 Máy thiết bị sản xuất 88 6.5 Các nhà cung cấp máy thiết bị 89 6.6 Tiêu chuẩn chất lượng nguyên liệu sản phẩm .90 6.7 Nguồn cung cấp nguyên liệu 90 6.8 Biện pháp kiểm soát ô nhieãm 91 6.9 Yêu cầu nhân lực 92 6.10 Phaân tích tài 92 KẾT LUẬN 97 ĐỀ XUẤT 98 TÓM TẮT BẰNG TIẾNG ANH (SUMMARY IN ENGLISH) I TÀI LIỆU THAM KHẢO III PHUÏ LUÏC IV Phụ lục Một số hình ảnh sản phẩm từ trái tiêu IV Phụ lục Quy định kỹ thuật hạt tiêu đen (TCVN 7036 : 2002) .V Phuï luïc Phương pháp thử hạt tiêu (TCVN 4045 : 1993) VI Phụ lục Tiêu chuẩn chất lượng hạt tiêu đen Hiệp Hội Hồ Tiêu Thế Giới VII Phụ lục Tiêu chuẩn chất lượng hạt tiêu đen Hiệp hội thong mại gia vị Hoa Kyø VIII Phuï luïc Các cấu tử xác định tinh dầu tiêu IX Phụ lục Số liệu phân tích rây tích lũy XII x Phụ lục Tiêu chuẩn chất lượng hạt tiêu Hiệp hội thương mại gia vị Hoa Kỳ (Tiêu chuẩn ASTA) (xem trang sau) VIII Phụ lục Các cấu tử xác định tinh dầu tiêu [5] Stt 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 Tên cấu tử Các monoterpene camphene δ-3-carene p-cymene limonene myrcene cis-ocimene α-phellandrene α-pinene β-pinene sabinene α-terpinene γ-terpinene terpinolene α-thujene Caùc sesquiterpene α-cis-bergamotene α-trans-bergamotene β-bisabolene δ-cadinene γ-cadinene calamenene β-caryophyllene α-copaene α-cubebene ar-curcumene δ-elemene β-elemene β-farnesene α-guaiene α-humulene isocaryophyllene γ-muurolene α-santalene α-selinene β-selinene Các monoterpene có oxi borneol camphor cavacrol cis-carveol trans-carveol IX Các cấu tử xác định tinh dầu tiêu (tiếp theo) Stt 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 Tên cấu tử carvone carvetonacetone 1,8-cincole cryptone p-cymene-8-ol p-cymene-8-methylene dihydrocarveol dihydrocarveone linalol cis-2,8-menthadien-2-ol 3,8(9)-p-menthadien-1-ol 1(7),2-p-menthadien-6-ol 1(7),2-p-menthadien-4-ol 1,8(9)-p-menthadien-5-ol 1,8(9)-p-menthadien-4-ol cis-p-2menthen-1-ol myrtenal myrtenol methyl cavacrol trans-pinocarveol β-pinone cis-sabinene hydrate trans-sabinene hydrate 1-terpinen-4-ol 1-terpinen-5-ol α-terpineol 1,1,4-trimethylcyclohepta-2,4-dien-6-one Caùc phenyl eter eugenol methyl eugenol myristicin safrole Caùc sesquiterpene coù oxi 5,10(15)-cadinen-4-ol caryophylla-3(12),7(15)-dien-4-β-ol β-caryophyllene alcohol caryophyllene ketone caryophyllene oxide epoxy-dihydrocaryophyllene nerolidol 4,10,10-trimethyl-7-methylene-bicyclo(6.2.1) decane-4-carboxaldehyde Các hợp chất khác X Các cấu tử xác định tinh dầu tiêu (tieáp theo) Stt 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 Tên cấu tử butyric acid 3-methyl butyric acid hexanoic acid 2-methyl pentanoic acid benzoic acid phenylacetic acid cinnamic acid piperonic acid methyl heptanoate methyl octanoate 2-undecanone piperonal m-methyl acetophenone p-methyl acetophenone n-butyrophenone n-nonane n-nonandecane piperidine XI Phuï luïc Số liệu phân tích rây tích lũy Mesh 20 28 35 48 65 100 150 200 hoäp Dh, cm 0,0883 0,0589 0,0417 0,0295 0,0208 0,0147 0,0104 0,0074 φ 0,0096 0,0132 0,0264 0,0448 0,7162 0,8411 0,8992 0,9417 1,0000 XII Phuï luïc Các hình ảnh thí nghiệm Hạt tiêu đen nguyên liệu Trích ly máy đun khuấy từ Lọc chân không Máy nghiền Trích ly bếp chưng Chưng cất XIII Phụ lục Kết thử nghiệm hạt tiêu đen nguyên liệu (Xem bảng đính kèm) XIV Phụ lục 10 Kết thử nghiệm sản phẩm nhựa dầu tiêu (xem bảng đính kèm) XV Phụ lục 11 Kết phân tích thành phần nhựa dầu tiêu phương pháp sắc ký lỏng cao áp ghép khối phổ (xem bảng đính kèm) XVI Phụ lục 12 Đặc tính sản phẩm nhựa dầu tiêu tập đoàn Kalsec (Mỹ) (xem trang sau) XVII Phụ lục 13 Trích Quy định danh mục chất phụ gia phép sử dụng thực phẩm (xem trang sau) XVIII Phụ lục 14 Các tính toán để xác định phương trình hồi quy hiệu suất trích ly nhựa dầu tiêu Sự biến đổi hàm lượng chất trích ly thu (g/100g nguyên liệu) theo yếu tố ảnh hưởng N0 ~ x1 ~ x2 ~ x3 ~ x1 ~ x2 ~ x1 ~ x3 ~ x2 ~ x3 ~ x1 ~ x2 ~ x3 + + + + - + + + + - + + + + - + + + + + + + + + + + + + + + + - y1 y2 ytb 10,8 10,0 10,4 6,8 7,5 7,2 8,4 7,6 8,0 4,2 4,9 4,6 8,6 9,4 9,0 3,4 3,6 3,5 6,0 6,6 6,3 2,6 2,0 2,3 Toång 51,3 Sj2 0,1600 0,1225 0,1600 0,1225 0,1600 0,0100 0,0900 0,0900 0,9150 Kiểm tra đồng phương sai theo chuaån Cochran: y tbj = y1 + y 2 S 2j = N ( y − y tb ) ∑ m − j =1 với m số lần lặp thí nghiệm (m=2) Các giá trị ytb Sj2 tính bảng Chuẩn Cochran theo tính toán: GTT = max S 2j ∑S j = 0,1600 = 0,1749 0,9150 Tra baûng 8/356 [6] với tham số: f1 = m -1 = – = f2 = N = Chuẩn Cochran tra theo bảng GB = 0,6789 Thấy GTT < GB, sai số số liệu thu hội tụ bảng số liệu chấp nhận Mô hình toán học xây dựng có dạng: y = b0 + b1 ~x1 + b2 ~x + b3 ~x3 + b12 ~x1 ~x + b13 ~x1 ~x3 + b23 ~x ~x3 + b123 ~x1 ~x ~x3 Trong đó: y : khối lượng nhựa dầu tiêu thu XIX ~ xi : biến số mã (i = 1,2,3) b0: hệ số tự N N b0 = ∑y j =1 = × 51,3 = 6,4125 tb j bi (i = 1, 2, 3): hệ số hồi quy tương ứng biến N b1 = N b2 = N ∑x b3 = N ∑x 1j j =1 N j =1 2j y tbj = × 8,9 = 1,1125 3j y tbj = × 9,1 = 1,1375 N j =1 N b12 = y tbj = × 16,1 = 2,0125 ∑x N ) j y tbj = × 1,3 = 0,1625 ∑ (x x j =1 N b13 = N b23 = N ∑ (x b123 = N ∑ (x x ∑ (x x ) j =1 N j =1 y tbj = × (−2,9) = −0,3625 x3 ) j y tbj = × 1,1 = 0,1375 N j =1 j x3 ) j y tbj = × (−1,7) = −0,2125 Kiểm tra có nghóa hệ số hồi quy theo chuẩn Student: Tính phương sai tái hieän: N S th2 = ∑S j =1 N j = 0,9150 = 0,1144 Bậc tự hệ: F = N (m – 1) = Xác định sai số hệ thức: S th2 = 0,0846 m f S bj = Lập tỷ số t hệ số phương trình hồi quy: tj = bj S bj XX Ta coù: t0 = 75,80; t1 = 23,79; t2 = 13,15; t3 = 13,45; t12 = 1,92; t13 = 4,28; t23 = 1,62; t123 = 2,5 Tra bảng 3/350 [6] với thông số: p = 0,05; f = Có tB = 2,31 Thấy t12, t23 < tB tất hệ số b12, b23 nghóa loại khỏi phương trình Rút mô hình toán học là: y = 6,4125 + 2,0125x1 + 1,1125x2 + 1,1375x3 – 0,3625x1x3 – 0,2125x1x2x3 (*) Kiểm tra thích ứng mô hình chuẩn Fisher: Các giá trị yˆ tính từ phương trình hồi quy (*), ( yˆ − y tb ) trình bày bảng N0 ∑ ~ x1 ~ x2 ~ x3 yˆ + + + + - + + + + - + + + + - 10,7 6,7 8,5 4,4 8,4 4,4 6,2 2,2 ytb 10,4 7,2 8,0 4,6 9,0 3,5 6,3 2,3 51,3 ( yˆ − y tb ) 0,09 0,25 0,25 0,04 0,36 0,81 0,01 0,01 1,82 Với l số hệ số có nghóa phương trình hồi quy, l = 4, ta có giá trị phương sai dư là: N S du = Ftt = ∑ ( yˆ − y j =1 N −l tb ) = 1,82 = 0,455 8−4 S du2 0,3640 = = 3,18 S th 0,1144 Tra bảng 6/354 [6] với thông số: - Bậc tự phương sai dư: f1 = N – l = - Bậc tự phương sai tái hiện: f2 = N(m – 1) = - Mức ý nghóa: p = 0,05 Nhận FB = 3,8 Nhận thấy Ftt < FB, phương trình hồi quy nhận tương thích XXI TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Lê Vân Anh Ngày, tháng, năm sinh: 04/02/1974 Phái: Nữ Nơi sinh: Hà Tây Địa liên lạc: 209/7 Tôn Thất Thuyết, Phường 3, Quận 4, Tp Hồ Chí Minh QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1993 – 1998: Học đại học trường Đại học Bách khoa Tp HCM, chuyên ngành Khoa học & công nghệ thực phẩm 2000 – 2003: Học cao học trường Đại học Bách khoa Tp HCM, chuyên ngành Khoa học & công nghệ thực phẩm QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC 1998 – 2000: Công tác Phòng kỹ thuật – Công ty nước giải khát Sài Gòn 2001 – nay: Công tác Trường ĐHDL Kỹ thuật công ngheä – Tp HCM XXII ... trích từ hạt tiêu nhựa dầu tiêu tinh dầu tiêu Các sản phẩm sử dụng thay cho tiêu hạt tiêu xay sản phẩm thực phẩm Trái tiêu Tiêu tươi Tiêu chế biến nguyên hạt Tiêu xay Nhựa dầu tiêu Tinh dầu tiêu. .. công đoạn trích ly sản xuất nhựa dầu tiêu Nghiên cứu chuyển nhựa dầu tiêu thành dạng tan nước Sử dụng nhựa dầu tiêu vào chế biến loại sản phẩm thực phẩm Xây dựng phương án sản xuất nhựa dầu tiêu. .. tan dầu thực vật trước phối trộn với thành phần khác Nhựa dầu tiêu phủ vỏ bánh Nhựa dầu tiêu hoà tan dầu Nhựa dầu tiêu nhũ hoá để phân tán nước Nhựa dầu tiêu nhũ hoá để phân tán nước Nhựa dầu tiêu