9. Các phụ gia thực phẩm ( TCVN 6047:1995 )
1.4. Dụng cụ và thiết bị
Dụng cụ thủy tinh dùng chứa mẫu và phân tích. Phễu chiết.
Cân điện tử. Bếp gas.
Máy khuấy từ có gia nhiệt. Máy ly tâm. Tủ sấy, tủ ủ. Máy Soxhlet. Nồi cách thuỷ. 1.5. Hoá chất KOH 0,1N, KOH 0,5N. HCl 0,5N, Na2S2O3 0,01N. BHA, BHT, TBHQ. NaOH tinh thể. KI tinh thể. Ether ethylic. Acid acetic. Cloroform.
Cồn tuyệt đối, cồn 960. Hồ tinh bột.
Phenolphtalein 1%.
2. Phương pháp nghiên cứu
2.1. Qui trình Tái chế dầu thực vật tham khảo
Dầu phế phẩm Bảo quản
Hydrate hoá 105oC Bổ sung chất bảo quản
Trung hoà Dung dịch NaOH Thành phẩm
Tách tạp chất lần 1 Dung dịch NaCl Sấy
Rửa dầu lần 1 Tách tạp chất lần 2 Rửa dầu lần 2
Nước sạch Dung dịch NaCl Nước sạch
2.2.Thuyết minh qui trình
2.2.1.Nguyên liệu: Dầu phế phẩm đã qua sử dụng nhiều lần, các chỉ số về chất lượng không đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn cho phép của TCVN 6047:1995. Dầu sau khi phân tích các chỉ tiêu lý hoá, cảm quan trước khi tiến hành tái chế. Nhằm xác định các chỉ tiêu không đạt để tìm phương pháp tái chế thích hợp.
2.2.2.Trung hoà: có tác dụng trung hoà các axit béo không no, loại bỏ các màu sắc và mùi vị lạ, đưa các chỉ tiêu cảm quan, axit ...từ không đạt trở về đạt tiêu
chuẩn.trong quá trình trung hoà ta dùng dung dịch NaOH loãng và gia nhiệt đến nhiệt độ 80oC nhằm giúp cho quá trình phản ứng xảy ra nhanh hơn. Thời gian trung hoà khoảng 1 giờ, khuấy trộn kỹ và cho NaOH xuống từ từ.
2.2.3.Tách tạp chất lần 1,2: Khi quá trình trung hoà kết thúc, chúng ta cho
dung dịch muối vào nhằm tách lớp giữa dầu và tạp chất, trong quá trình này phải gia nhiệt đến nhiệt độ sôi và khuấy đều liên tục. khi ngừng khuấy dầu phân thành hai lớp là ngừng gia nhiệt và tách bỏ phần tạp chất phía dưới và giử lại phần dầu đạ tái chế phía trên( Quá trình này thực hiện 3 lần)
2.2.4.Rửa dầu lấn1, 2 : Mục đích rửa dầu là loại bỏ phần muối khi sử dụng cho quá trình tách lớp. Ngoài ra, sau mỗi lần rửa dầu thì chúng ta loại bỏ được màu, mùi lạ làm cho dầu đẹp, và có màu sắc tự nhiên. Khi trong quá trình rửa dầu ta thêm nước sạch vào và khuấy trộn, gia nhiệt đến sôi thời gian rửa khoảng 20 phút. Sau quá trình tách lớp đều phải thực hiện quá trình rửa.
2.2.5. Sấy: Là quá trình làm bay hơi nước có trong dầu giúp cho quá trình bảo quản tốt hơn. Thực hiện quá trình này chúng ta gia nhiệt đến nhiệt độ sôi (105oC) đến khi nào trên mặt dầu không còn sôi ( khoảng 3-6 giờ) là được .
2.2.6.Thành phẩm : sau khi quá trình sấy đã đạt yêu cầu, chúng ta đem dầu đã
tái chế đi phân tích các chỉ tiêu hoá lý, cảm quan và so sánh với tiêu chuẩn cho phép
2.3. Thí nghiệm 1: Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ và lượng nước muối sử
Mục đích: Xác định nhiệt độ và lượng dung dịch muối thích hợp đưa vào dầu để làm kết tủa các tạp chất keo hòa tan có trong dầu tạo thuận lợi cho quá trình trung hòa tiếp theo.
Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 2 nhân tố, 3 lần lặp lại.
Nhân tố A: Nhiệt độ khi hydrate hóa (0C): A1: 70 - 800C
A2: 80 - 900C A3: 90 - 1000C
Nhân tố B: nồng độ muối (% so với khối lượng mẫu): B1: 0% B2: 5% B3: 10% B4: 15% B5: 20% B6: 25%
Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 Dầu phế phẩm Hydrate hóa A1 A2 A3 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B1 B2 B3 B4 B5 B6 Để yên tĩnh 0.5 giờ Tháo cặn Dầu sau thuỷ hoá
Hình 4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1
Tiến hành thí nghiệm:Dầu và nước muối được đun nóng đến các khoảng nhiệt độ cần khảo sát, khuấy liên tục bằng máy khuấy từ. Cho lượng nước muối vào từ từ ở các khoảng khác nhau và khuấy mạnh trong 20 phút. Khi gần kết thúc, tốc độ khuấy cần chậm lại. Để yên tĩnh 30 phút, sau đó tiến hành tháo cặn, tháo dầu.
Chỉ tiêu theo dõi: Sự biến đổi của chỉ số acid.
2.4. Thí nghiệm 2: Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn đến quá trình hydrate hóa
Mục đích:Chọn khoảng thời gian thích hợp và đủ để cho các tạp chất bị hydrate hoá phân cực mạnh tách hẳn ra khỏi dầu.
Bố trí thí nghiệm:Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 1 nhân tố, 2 lần lặp lại.
Nhân tố C: Thời gian hydrate hóa (phút) C : 10 phút
Cặn thuỷ hóa
C2: 20 phút C3: 30 phút Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Chuẩn bị mẫu: Tương tự như thí nghiệm 1, chia dầu phế phẩm làm 3 mẫu, mỗi mẫu 100g dầu.
Tiến hành thí nghiệm:Các thao tác thực hiện tương tự như thí nghiệm 1. Nước muối được cho vào từ từ và thay đổi thời gian khuấy ở những mức độ khảo sát khác nhau.Các thông số tối ưu của thí nghiệm trước là thông số cơ sở cho thí nghiệm này.
Chỉ tiêu theo dõi: Sự biến đổi của chỉ số acid.
2.5. Thí nghiệm 3: Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến quá trình trung hòa
Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 1 nhân tố, 2 lần lặp lại. Nhân tố D: số ml NaOH 0.1N / 100 gam dầu :
D1: 0 ml D5: 6 ml D2: 2 ml D6 : 8 ml D3: 4 ml D7: 10 ml D4:LT * D8:12 ml Dầu phế phẩm Hydrate hóa C1 C2 C3
Để lắng 30 phút, tháo cặn Cặn thuỷ hóa
Dầu
Tái chế
LT* : thể tích ml NaOH 0.1N tính theo lí thuyết Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Chuẩn bị mẫu: Sau khi hydrat hóa dầu, để lắng trong 0.5 giờ và tiến hành tháo cặn. Chia dầu làm 5 mẫu (100g dầu/mẫu), tiến hành trung hòa.
Tiến hành thí nghiệm: Dầu được nâng nhiệt, khuấy liên tục và thay đổi nồng độ NaOH cho vào dầu ở các mức khảo sát. Khi xà phòng tạo thành từng hạt dạng nhỏ li ti, cho tiếp dung dịch muối ăn (nồng độ 5%) để tăng tốc độ lắng của các hạt xà phòng, để yên 0.5 giờ trong phễu chiết. Sau đó tháo bỏ dung dịch muối và xà phòng, thu hồi dầu trung tính. Các thông số tối ưu của các thí nghiệm trước là thông số cơ sở cho thí nghiệm này.
Chỉ tiêu theo dõi : Sự biến đổi của chỉ số acid, sự biến đổi của chỉ số xà phòng hóa.
2.6. Thí nghiệm 4: Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ và lượng NaOH sử dụng đến quá trình trung hòa
Mục đích:Lựa chọn khoảng nhiệt độ và lượng NaOH sử dụng thích hợp để trung hòa acid béo tự do có trong dầu mà không làm giảm hiệu suất thu hồi dầu. Dầu phế phẩm Hydrate hóa Trung hòa D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 Để yên tĩnh 0.5 giờ Tháo cặn Dầu Phân tích Hình 6: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3 Cặn xà phòng, nước muối
Bố trí thí nghiệm:Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 2 nhân tố, 2 lần lặp lại.
Nhân tố E: Nhiệt độ khi trung hoà (0C): E1: 50 – 600C
E2: 60 – 700C E3: 70 – 800C
Nhân tố : F1: hiệu suất thu hồi ở thể tích 10 ml NaOH 0.1N . F2: hiệu suất thu hồi ở thể tích 15 ml NaOH 0.1N. F3: hiệu suất thu hồi ở thể tích 20 ml NaOH 0.1N F4: hiệu suất thu hồi ở thể tích 25 ml NaOH 0.1N F5: hiệu suất thu hồi ở thể tích 30 ml NaOH 0.1N
Cặn xà phòng, nước muối Dầu phế phẩm Hydrade hoá Trung hòa E1 E2 E3 F1 F2 F3 F4 F5 F1F2 F3 F4 F5 F1F2 F3 F4 F5 Tách lớp 30 phút Tháo cặn Dầu thành phẩm Hình 7: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 4
Chuẩn bị mẫu: Sau khi hydrat hóa dầu, để lắng trong 0.5 giờ và tiến hành tháo cặn. Chia dầu làm 15 mẫu (100g dầu/mẫu), tiến hành trung hòa.
Tiến hành thí nghiệm:
Dầu được nâng lên các mức nhiệt độ cần khảo sát. Tiến hành khuấy trộn mẫu bằng máy khuấy từ và cho từ từ lượng dung dịch NaOH vào ở 4 mức độ khác nhau, tiếp tục khuấy. Khi xà phòng tạo hạt, cho tiếp 10% dung dịch muối ăn (nồng độ 3-4%). Để yên tĩnh 0.5 giờ. Sau đó tháo bỏ dung dịch muối và xà phòng, thu hồi dầu trung tính. Các thông số tối ưu của các thí nghiệm trước là thông số cơ sở cho thí nghiệm này.
Chỉ tiêu theo dõi
- Sự biến đổi của chỉ số acid. - Hiệu suất thu hồi.
2.7. Thí nghiệm 5: Khảo sát sự ảnh hưởng của thể tích NaOH0.1N, chỉ số xà phòng, chỉ số axit đến quá trình trung hòa
Mục đích:Tìm thể tích NaOH 0.1N thích hợp mang lại hiệu suất thu hồi cao nhất cho quá trình trung hòa .
Bố trí thí nghiệm:Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 1 nhân tố, 2 lần lặp lại. Nhân tố D: số ml NaOH 0.1N / 100 gam dầu :
D1: 0 ml D5: 6 ml
D2: 2 ml D6 : 8 ml
D3: 4 ml D7: 10 ml
D4:LT * D8:12 ml
LT* : thể tích ml NaOH 0.1N tính theo lí thuyết Sơ đồ bố trí thí nghiệm Dầu phế phẩm Hydrate hóa Trung hòa D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 Để yên tĩnh 0.5 giờ Tháo cặn Dầu Phân tích Hình 10: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 5 Cặn xà phòng, nước muối
Chuẩn bị mẫu: Sau khi hydrat hóa dầu, để lắng trong 0.5 giờ và tiến hành tháo cặn. Chia dầu làm 5 mẫu (100g dầu/mẫu), tiến hành trung hòa.
Tiến hành thí nghiệm: Dầu được nâng nhiệt, khuấy liên tục và thay đổi nồng độ NaOH cho vào dầu ở các mức khảo sát. Khi xà phòng tạo thành từng hạt dạng nhỏ li ti, cho tiếp dung dịch muối ăn (nồng độ 5%) để tăng tốc độ lắng của các hạt xà phòng, để yên 0.5 giờ trong phễu chiết. Sau đó tháo bỏ dung dịch muối và xà phòng, thu hồi dầu trung tính. Các thông số tối ưu của các thí nghiệm trước là thông số cơ sở cho thí nghiệm này.
Chỉ tiêu theo dõi : Sự biến đổi của chỉ số acid, sự biến đổi của chỉ số xà phòng hóa.
2.8. Thí nghiệm 6:Khảo sát sự tác động của BHA, BHT, BHQ và hỗn hợp BHA:BHT:TBHQ (1:1:1) đến khả năng bảo quản dầu
Mục đích:Nhằm kéo dài thời gian bảo quản và đánh giá hiệu quả bảo quản của các loại chất bảo quản.
Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 1 nhân tố, 3 lần lặp lại.
Nhân tố G: Loại chất bảo quản:
G1: BHA 0,01% G7: TBHQ 0,01% G2: BHA 0,02% G8: TBHQ 0,02% G3: BHA 0,03% G9: TBHQ 0,03% G4: BHT 0,01% G10: TBHQ 0,01% G5: BHT 0,02% G11: TBHQ 0,02% G6: BHT 0,03% G12: TBHQ 0,02%
Chuẩn bị mẫu: . Mỗi lần rửa khuấy đều dầu, để yên 10 phút, sau đó tháo bỏ nước rửa và sấy dầu ở nhiệt độ 1050C trong 30 phút để loại nước. Chia dầu làm 12 mẫu (100g dầu/mẫu).
Tiến hành thí nghiệm:
Bổ sung các chất bảo quản theo các mức khảo sát khác nhau.
Chỉ tiêu theo dõi
Sự biến đổi của chỉ số acid, peroxide theo thời gian bảo quản (phân tích sau 1 tuần, 2 tuần,3 tuần…).
Dầu phế phẩm Hydrate hóa Trung hòa Để yên tĩnh Tháo cặn Rửa Sấy (1050C, 30 phút)
Bổ sung chất bảo quản
G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10 G11 G12 Bảo quản Phân tích Hình 11: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 6 Cặn xà phòng, nước muối
3. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 3.1. Phương pháp phân tích
3.1.1. Phương pháp phân tích thành phần nguyên liệu và thành phẩm3.1.2. Phương pháp xác định chỉ số acid 3.1.2. Phương pháp xác định chỉ số acid 3.1.3. Phương pháp xác định chỉ số xà phòng hóa 3.1.4. Phương pháp xác định chỉ số peroxide . 3.1.5.Chỉ số iot 3.1.6. Chất không bị xà phòng hoá 3.1.7 Độ ẩm, % khối lượng 3.1.8 Tỷ khối ( 20oC/nước ở 20oC) 3.1.9.Chỉ số khúc xạ (n-D40oC ) 3.10. Cảm quan 3.2. Phương pháp xử lý số liệu
Chương IV
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
1. Thành phần hóa học của nguyên liệu
Các chỉ tiêu về thành phần nguyên liệu được thể hiện ở bảng 16.
Bảng 16: Kết quả phân tích thành phần hóa học của dầu trước khi tái chế TT
Chỉ tiêu Kết quả Tiêu chuẩn cho phép A.Chỉ tiêu hoá lý
01 02 03 04 05 06 07 08 Độ ẩm, % khối lượng Chỉ số axit, mgKOH/g dầu
Chỉ số peroxit, mili đương lượng 0xygen / kg dầu
Chỉ số iot(Wiji)
Chỉ số xà phòng hoá, mg KOH/g dầu Tỷ khối ( 20oC/nước ở 20oC) Chỉ số khúc xạ (n-D40oC ) Chất không xà phòng hoá, g/kg 0.6 0.6225 6.155 187,2 261,46 0.915 1.462 12 ≤ 1.0 ≤ 0.6 ≤ 10.0 80-106 187-196 0.914-0.917 1.460-1.465 ≤ 10 B.Chỉ tiêu cảm quan
09 Màu sắc Màu tối của dầu đã qua sử dụng
Màu vàng đặc trưng 10 Mùi và vị Mùi ôi của dầu đã qua sử
dụng
Không có mùi ôi khét và mùi vị lạ.
Qua kết quả phân tích cho thấy: độ ẩm, tỉ khối, chỉ số khúc xạ, peroxit của dầu thì đạt theo tiêu chuẩn Việt Nam. Còn lại các chỉ tiêu như chỉ số axit, chỉ số xà phòng, chất không xà phòng hoá, chỉ số iot, màu, mùi và vị thì không đạt. Vì vậy, sản phẩm cuối cùng sau khi tái chế chúng ta phải phân tích các thành phần này đạt theo TCVN.
2. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ và lượng nước muối sử dụng đến quá trình hydrate hóa trình hydrate hóa
Bảng 17: Sự biến đổi chỉ số acid theo nhiệt độ và nồng độ muối sử dụng sau khi hydrate hóa
Nồng độ muối,%
Nhiệt độ hydrate hóa (oC)
70-80oC 80-90oC 90-100oC 0 0.621 0.62 0.62 5 0.777 0.633 0.759 10 0.514 0.733 0.568 15 0.62 0.494 0.442 20 1.001 1.037 1.797
Phương pháp thuỷ hóa dựa vào phản ứng hydrate hóa để làm tăng độ phân cực của các tạp chất keo hòa tan, do đó làm giảm được độ hòa tan của chúng trong dầu .
Tác dụng hydrate hóa được thực hiện bằng cách dùng một lượng nhất định dung dịch loãng các chất điện ly trộn với dầu ở một nhiệt độ thích hợp để phân cực hóa và giảm các tạp chất. Cùng tách ra với kết tủa còn một số tạp chất khác. Tác dụng hydrate hóa còn có khả năng làm giảm chỉ số acid của dầu, một mặt là do các tạp chất keo có tính acid phát sinh kết tủa, mặt khác có một ít acid béo cũng bị kéo theo kết tủa. Dầu mỡ sau khi hydrate hóa loại trừ được các tạp chất keo hòa tan sẽ tạo thuận lợi và giảm được mức tiêu hao dầu trung tính khi luyện kiềm (Nguyễn Quang Lộc-Lê Văn Thạch-Nguyễn Nam Vinh, 1993).
Điều kiện kỹ thuật cần thiết của quá trình hydrate hóa là xác định nhiệt độ và lượng nước muối vừa đủ cho phản ứng. Mặt khác, việc theo dõi lượng cặn và thời gian tách cặn hoàn toàn cũng không kém phần quan trọng.
Qua đồ thị bảng 17 cho thấy:
- Trong cùng một mức nhiệt độ, ta thấy chỉ số acid giảm nhẹ khi lượng dung dịch muối tăng từ 2-5%. Nguyên nhân là vì lượng nước muối sử dụng quá ít nên vẫn còn một phần lượng phospholipid trong dầu không được bão hòa nước hay nói cách khác là kết tủa không hoàn toàn thể hiện ở màu dầu rất đục. Tuy nhiên, nếu dùng lượng nước muối quá nhiều thì trong quá trình dãn nở của kết tủa phát sinh tác dụng keo hòa tan với nước tạo thành dung dịch keo phân bố đều trong dầu ở trạng thái nhũ tương rất khó phân ly (Nguyễn Quang Lộc-Lê Văn Thạch-Nguyễn Nam Vinh, 1993). Kết quả là lượng nước muối tăng từ 6-10% thì chỉ số acid lại tiếp tục giảm mạnh và tăng tăng trở lại và tăng mạnh khi nồng độ
muối tăng. Bên cạnh đó, dầu và các tạp chất ở trạng thái đồng thể, cặn thuỷ hóa không phân ly hoàn toàn ra khỏi dầu và thời gian lắng cặn cũng dài hơn.
Tóm lại, chọn khoảng nhiệt độ 80-900C tại 10 % dung dịch muối là thích