Chương 3 KHÁI QUÁT CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU THƠ
3.1. Sản xuất dầu từ hạt chứa dầu
3.1.3. Chưng sấy bột nghiền (gia cơng nhiệt ẩm)
3.1.3.1. Mục đích
- Chưng sấy bột nghiền là quá trình gia cơng nhiệt ẩm cho khối hạt nhằm mục đích chủ yếu là tạo sự đồng đều cho khối hạt và tạo điều kiện tốt cho quá trình tách chiết dầu đạt hiệu quả cao nhất. Quá trình chưng sấy sẽ phá vỡ liên kết tự nhiên giữa phần béo và phần khơng béo, giúp dầu thốt ra ở dạng tự do dưới tác dụng của nước và nhiệt.
- Ngồi ra, nhờ vào các tác động này đã tạo cho dầu cĩ độ nhớt thích hợp (thấp
nhất), tạo tính linh động cho dầu.
- Vơ hoạt enzyme khơng mong muốn, xúc tác quá trình phân hủy dầu (lipase,
lipoxygenase, phospholipase).
- Làm mất tính độc của nguyên liệu nếu nguyên liệu cĩ chứa độc tố.
- Mặt khác, chưng sấy cịn làm thay đổi một phần về mặt hĩa học theo chiều hướng tích cực cho các giai đoạn kế tiếp nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối: Protein bị biến tính nhiệt nên tính dẻo của bột ép tăng, độ tiêu hĩa của khơ dầu tốt hơn.
3.1.3.2 Các biến đổi bột nghiền khi chưng sấy
Do ảnh hưởng của nhiệt và hơi nước khi chưng sấy, các chất trong khối bột nghiền cĩ những thay đổi về tính chất vật lý, hố, sinh…
(i) Các biến đổi vật lý
Trong giai đoạn làm ẩm, các chất phi lipid sẽ trương nở. Nhờ quá trình làm ẩm được thực hiện ở nhiệt độ khơng cao (50-600C) nên bột chỉ ở trạng thái liên kết và trương nở nhưng khơng bị hồ hĩa, điều này giúp cho tính dẻo của bột tăng lên.
Trong các hạt bột đã trương nở mối liên hệ giữa dầu và các thành phần phi lipid bị yếu đi, chiều dày các màng dầu tăng dần và chuyển lên trên bề mặt các hạt bột. Do phần ưa nước hút nước trương nở, thể tích của bột cũng tăng lên. Khi đĩ dầu từ bên trong các khe vách chuyển ra phía mặt ngồi. Tốc độ trương nở lúc mới bắt đầu hút nước lớn, sau đĩ giảm dần và đến cuối quá trình thì bột khơng cịn hút nước nữa. Tốc độ thấm nước của bột phụ thuộc vào:
- Điều kiện làm ẩm, chủ yếu là sự đảo trộn, - Tính chất háo nước trong nguyên liệu, - Khối lượng nước làm ẩm,
- Hàm lượng dầu trong nguyên liệu.
Ở giai đoạn sấy, nhiệt độ tăng đến 105oC nhằm bốc thốt bớt một phần nước, điều này dẫn đến sự biến tính protein làm thay đổi đặc tính bột, bột trở nên cứng và cĩ tính đàn hồi. Sự biến tính của protein giúp cho liên kết với dầu giảm, độ nhớt dầu giảm làm tăng tính linh động của dầu, dầu dễ dàng thốt ra khi ép
Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng đến 150-180oC, bột chưng sấy trở nên chảy lỏng, mặc dù protein biến tính sâu sắc.
(ii) Biến đổi hố học
Các chất protein trong bột chưng sấy ở nhiệt độ 75-80oC và độ ẩm 10% đã bị biến tính sâu sắc. Mức độ biến tính của các chất protein trong thời gian gia cơng nhiệt ẩm phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian chưng sấy.
Dưới tác dụng của nhiệt độ, các glucid và protein sẽ tương tác theo phản ứng caramel và Melanoidin. Hai phản ứng này tạo ra các sản phẩm cĩ màu sẫm làm cho khơ dầu và dầu cũng bị sẫm màu, gây ảnh hưởng đến chất lượng dầu và khơ dầu.
Quá trình gia nhiệt cịn làm cho liên kết của phospholipid với các thành phần khác bị cắt đứt, giải phĩng phospholipid tự do. Phospholipid tự do dễ hịa tan trong dầu làm cho hàm lượng phospholipid trong dầu tăng. Nhiệt độ cịn là nguyên nhân thúc đẩy các quá trình oxy hĩa dầu làm giảm chất lượng dầu.
(iii) Các biến đổi sinh hố
Ở giai đoạn đầu chưng sấy, nhiệt độ khơng cao (50-60oC), đồng thời độ ẩm tăng nên cường độ hoạt động của các enzyme thủy phân dầu tăng. Song song đĩ, sự sống và hoạt động của các vi sinh vật cũng tăng làm ảnh hưởng khơng tốt đến chất lượng bột
chưng sấy. Ở nhiệt độ cao hơn, trong giai đoạn sấy, hoạt động của các enzyme và các vi sinh vật bị ức chế vì protein bị biến tính.
3.1.3.3.Yêu cầu đặc tính kỹ thuật của bột chưng sấy
Bột chưng sấy phải cĩ đặc tính kỹ thuật phù hợp với điều kiện làm việc của máy ép hoặc trích ly. Tùy theo từng loại nguyên liệu, cơ cấu của thiết bị mà bột chưng sấy cĩ những đặc tính kỹ thuật khác nhau, nhưng yêu cầu chung quan trọng là mức độ đồng nhất của khối bột.
- Mức độ đồng nhất chung: khối bột phải cĩ tính đồng nhất về kích thước, hình dạng, độ ẩm, tính dẻo, đàn hồi...
- Mức độ đồng nhất nội tại: đồng nhất về đặc tính bề mặt và đặc tính bên trong của các phân tử bột.
Nếu bột khơng đạt độ đồng nhất chung cũng như đồng nhất nột tại thì hiệu quả thốt dầu sẽ giảm. Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất khĩ đạt được cả hai độ đồng nhất này. Độ ẩm của khối bột sau chưng sấy thường từ 8-12%.
3.1.4. Chiết tách dầu bằng quá trình ép
3.1.4.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình ép dầu
Khởi đầu của quá trình chiết tách dầu được tiến hành bằng biện pháp ép sử dụng hơi nước, tiến trình này được thực hiện theo biện pháp thủ cơng, gián đoạn (batch). Đến năm 1092, quá trình tách chiết dầu liên tục bằng thiết bị ép trục vít đã được Anderson phát minh và đưa vào sử dụng. Cơ chế ép tách bằng trục vít này dựa trên việc thiết kế cấu tạo thể tích giảm dần của vít Archimede trong lịng ống. Ngay lập tức, cơ chế này được ứng dụng như một phương pháp tiêu chuẩn và phổ biến nhất cho quá trình chiết tách dầu của hầu hết nguyên liệu. Thiết bị cơ bản ban đầu này đã được cải tiến và hồn thiện dần, giúp hiệu suất tách dầu ngày càng nâng cao.
Nhờ thiết kế đặc biệt của vít tải, dầu được giải phĩng ra khỏi bột nghiền do sự tạo thành áp lực trong máy ép - do sự nén nguyên liệu và sức phản kháng của nguyên liệu: Bột chưng sấy sau khi đã được chuẩn bị cĩ cấu trúc đàn hồi và cơ lý nhất định, phần protein của bột cĩ tính dẻo rất cao, dễ dàng biến dạng khơng phục hồi về trạng thái cũ. Dầu phân bố trong các khe vách và trên mặt các hạt bột là chất lỏng, độ nhớt nhỏ ở nhiệt độ cao. Khi bột bị ép trong lịng máy, áp lực hình thành giúp dầu từ các khe vách thốt ra.
Sự thay đổi áp lực lớn hay nhỏ phụ thuộc vào cấu tạo lịng ép, trục vít và đặc tính cơ lý của bột ép.
- Cấu tạo thiết bị: Sự thay đổi đường kính lịng ép, chiều dài bước vít, thanh gạt ở cửa ra khơ.
+ Bột khơ, trục vít khơng quay được, gây hư máy. Trường hợp thiết bị cĩ thể làm việc được, áp lực tạo thành thường rất cao, nhiệt độ ép cao, bột sẫm màu, khơ dầu cĩ màu nâu xám.
Nếu áp lực tăng cao, tính chảy dẻo của bột cũng tăng, làm tắc khe căn thốt dầu.
3.1.4.2. Các yếu tốảnh hưởng đến hiệu suất tách dầu
(i) Mức độ nghiền hạt
Bột chưng sấy khơng đồng đều, khả năng hút ẩm với lượng cần thiết cũng khơng đồng đều về tốc độ, lượng ẩm phân phối khơng đồng nhất ở tồn khối bột, hiệu suất chiết tách giảm.
Ngồi ra, cấu trúc bột nghiền phải được phá vỡ ở mức tối đa vì nếu bột nghiền cĩ kích thước lớn, đường đi của dầu dài nên dầu khĩ thốt ra dưới tác dụng của lực khuấy.
(ii) Số lượng vỏ lẫn trong khối bột nghiền
Vỏ lẫn trong khối bột nhiều, lượng nước làm ẩm cũng tăng, thời gian, ngồi ra vỏ cĩ thành phần chủ yếu là cellulose khả năng hút dầu cao làm giảm hiệu suất.
(iii) Mức độ làm ẩm và nhiệt độ chưng sấy
Mức độ làm ẩm và nhiệt độ chưng sấy phải thích hợp để bột cĩ tính chất cơ lý thích hợp (dẻo, đàn hồi). Ở trạng thái này, dưới tác động của cánh khuấy, dầu thốt ra dễ dàng.
- Nếu bột quá khơ khi chưng sấy bột khơng dẻo, khơng bị vĩn thành cục cĩ kích
thước nhất định. Khi ép, bột rời rạc, dầu khơng thốt ra được.
- Nếu bột quá nhão, dầu được giữ lại trong các khe vách tế bào, các tế bào lại liên kết chặt chẽ với nhau do bột quá ướt, làm tắc các đường thốt dầu.
(iv) Thời gian thốt dầu
Ứng với mỗi thiết bị (cĩ thể tích, tốc độ khuấy, diện tích và những vị trí những lỗ lưới thốt dầu khác nhau) cần thời gian thốt dầu nhất định.
Thời gian thốt dầu được tính bằng hiệu số giữa thời gian từ lúc bột đi vào đến khi khơ dầu thốt ra. Chính vì thế, nếu thời gian thốt dầu ngắn, dầu thốt ra chưa hết; ngược lại, thời gian thốt dầu dài, năng suất giảm.
(v) Cấu tạo thiết bị
Mức độ tách kiệt dầu từ bột cịn phụ thuộc vào những nét đặc biệt của kết cấu lịng ép, cỡ hình gân vít, bước vít...
3.1.4.3. Các biện pháp ép dầu cơ bản
Tùy thuộc vào tính chất nguyên liệu, việc chiết tách dầu từ hạt dầu được thực hiện theo các biện pháp khác nhau: Chiết tách theo 2 giai đoạn (ép sơ bộ trước khi ép kiệt hay trích ly) hay ép trực tiếp (1 giai đoạn).
- Ép sơ bộ: sử dụng thiết bị ép dầu cĩ áp suất tạo thành thấp, điều này dẫn đến lượng dầu cịn sĩt lại trong bánh dầu khoảng 15-25%. Lượng dầu cịn lại được tách chiết bằng biện pháp trích ly hay sử dụng thiết bị ép kiệt.
- Ép trực tiếp: máy ép được thiết kế với áp suất tạo thành trong ép cao hơn, dầu được chiết tách ra khỏi nguyên liệu với hiệu suất cao, lượng dầu cịn lại trong khơ dầu dao động trong khoảng 4-7%. Kỹ thuật này yêu cầu năng lượng sử dụng lớn hơn, đồng thời nhiệt độ của bánh dầu gia tăng trong suốt tiến trình ép. Điều này cĩ thể là nguyên nhân làm cho dầu dễ bị oxy hĩa và ơi hĩa, đồng thời xảy ra các biến đổi làm giảm phẩm chất dầu. Chính vì thế, việc làm lạnh hệ thống trong suốt quá trình ép cần thiết phải được tiến hành nhằm ngăn cản tác động xấu của nhiệt độ.
Cho đến trước năm 1990, quá trình tách chiết dầu bằng ép kiệt một lần ít khi sử dụng do lượng dầu sĩt lại sau khi ép vẫn cao. Tuy nhiên, do vấn đề bảo vệ mơi trường, quá trình ép kiệt được áp dụng rộng rãi hơn nhằm hạn chế lượng dung mơi sử dụng và thải loại.
Ngồi biện pháp ép trục vít thơng thường, một số loại dầu cĩ chất lượng cao như dầu olive thường được tách chiết bằng ép lạnh. Ở phương pháp này, khơng cĩ giai đoạn xử lý nhiệt được áp dụng cho nguyên liệu trước khi tách chiết ở thiết bị ép trục vít. Quá trình ép lạnh được sử dụng nhằm mục đích ngăn cản quá trình phát sinh mùi trong dầu. Sơ đồ tổng quát của quá trình chiết tách dầu từ hạt chứa dầu được tổng hợp ở hình 3.2.
Hạt dầu, thu hoạch Nguyên liệu Tiền xửlý Làm sạch, sấy khơ Hạt dầu, bảo quản Giảm kích thước Tách vỏ, nghiền Xửlý nhiệt - ẩm Chưng sấy bột nghiền Chiết tách dầu 1 Ép sơ bộ Nghiền tơi Giaiđoạn trung gian Bánh dầu Bột (flakes) Chiết tách dầu 2 Ép kiệt Trích ly Sau xử lý Sản phẩm cuối Dầu thơ Bánh dầu Bã dầu
Toasting Loại dung mơi Thủy hĩa Dầu thơ 2 Lecithin