3.1.1. Bảo quản và sơ chế hạt dầu
3.1.1.1.Nguyên nhân gây hư hỏng hạt dầu trong quá trình bảo quản
Một trong những nguyên liệu chủ yếu dùng để chế biến dầu là những loại hạt cĩ hàm lượng chất béo cao như: đậu phộng, đậu nành, mè, thầu dầu, hướng dương,...Tất cả những loại hạt này đều phải qua quá trình sơ chế và bảo quản mới đến khâu chuẩn bị. Trong quá trình bảo quản, nguyên liệu cĩ thể bị hư hỏng do các nguyên nhân sau:
- Sự hơ hấp,
- Hoạt động của vi sinh vật, enzyme, - Do phản ứng hĩa học,
- Do sâu mọt, chim, chuột.
(i) Sự hơ hấp của hạt
Hơ hấp là biểu hiện hoạt động sống của hạt cũng như bất kỳ cơ thể sống nào khác. Đây chính là quá trình trao đổi các chất dự trữ bên trong hạt với mơi trường bên ngồi (chủ yếu là khơng khí), nhờ đĩ sự sống của hạt được duy trì.
Sau thu hoạch, quá trình hơ hấp của hạt vẫn tiếp diễn. Thơng qua quá trình trao đổi chất, các chất dự trữ trong hạt bị đốt cháy, tiêu hao dần và giải phĩng ra năng lượng do sự oxy hĩa. Chất dễ bị oxy hĩa trước tiên là các glucid, sau đĩ là protein, chất béo. Quá trình oxy hĩa các chất này trong hạt xảy ra phức tạp, qua nhiều giai đoạn và sản phẩm trung gian. Sản phẩm cuối cùng của quá trình này là khí CO2, nước và kèm theo đĩ là một lượng nhiệt lớn được phĩng thích. Oxy khơng khí là tác nhân quan trọng nhất trong tất cả các phản ứng này. Mặc dù vậy, sự hơ hấp của hạt cĩ thể xảy ra trong cả hai điều kiện đầy đủ oxy (hơ hấp hiếu khí) hoặc thiếu oxy (hơ hấp yếm khí).
Khi hạt được bảo quản trong điều kiện bình thường (đúng tiêu chuẩn), hoạt động sống của hạt rất yếu, sự tiêu hao các chất khơng đáng kể. Khi các hoạt động sống của hạt được kích thích, tăng cường thì quá trình hơ hấp của hạt được tăng lên, chất dinh dưỡng của hạt bị mất đi nhanh chĩng. Để theo dõi tình trạng hạt trong quá trình bảo quản, hai chỉ số thường dùng là cường độ hơ hấp và hệ số hơ hấp.
- Cường độ hơ hấp: đặc trưng bằng lượng oxy hạt hấp thụ vào và lượng CO2 do hạt thải ra trong một đơn vị thời gian.
- Hệ số hơ hấp: là tỉ số thể tích khí CO2 thải ra và thể tích khí oxy hạt hấp thu vào trong một đơn vị thời gian.
Hoạt động sống của hạt, hay cường độ hơ hấp của hạt phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng chủ yếu là độ ẩm và nhiệt độ.
Thực tế cho thấy, hoạt động sống của hạt biến đổi rất nhạy với độ ẩm. Khi hạt cĩ độ ẩm chuẩn thì cường độ hơ hấp khơng đáng kể. Khi độ ẩm của tăng lên thì cường độ hơ hấp bắt đầu tăng nhanh.
Ảnh hưởng của nhiệt độ tới cường độ hơ hấp của hạt cĩ giới hạn hơn. Khi hạt cĩ độ ẩm thích hợp cho hoạt động sống thì trong khoảng nhiệt độ 50-70oC, cường độ hơ hấp tăng dần.Trên 70oC, cường độ hơ hấp giảm dần, đến một giới hạn nhiệt nhất định thì hạt ngừng hơ hấp.
Quá trình hơ hấp của các loại hạt diễn ra theo qui luật chung, mặc dù vậy ở mỗi loại hạt, tùy theo thành phần các chất (chủ yếu là dầu và chất hút nước) mà các quá trình cĩ thể thay đổi chút ít.
(ii) Sự phá hủy do hoạt động của vi sinh vật
Sau khi thu hoạch, trên bề mặt lớp vỏ ngồi của hạt thường tồn tại các vi sinh vật. Sự cĩ mặt của chúng là do từ đất, bụi, rác, cỏ,...lẫn vào theo hạt trong quá trình thu hoạch, vận chuyển,... Hoạt động của các vi sinh vật trong khối hạt khơng những gây ảnh hưởng xấu mà cịn là một nguy cơ thường xuyên dễ gây ra sự hư hỏng nặng cho hạt dầu. Trên hạt thường cĩ nhiều loại vi sinh vật hiện diện như vi sinh vật hoại sinh, vi sinh vật gây bệnh cho người và gia súc..., thường gặp nhất là các enzyme, nấm mốc, vi khuẩn...Vi sinh vật sẽ phá hủy hạt từ ngồi vào trong. Trong quá trình hoạt động và phát triển, chúng sẽ sử dụng các chất khơ của hạt vào quá trình trao đổi chất. Dấu hiệu đầu tiên của sự hư hỏng là lớp vỏ của hạt sẽ bị sẫm màu, cấu trúc vỏ bị phá hủy... Khi lớp vỏ bảo vệ bị phá hỏng, các vi sinh vật sẽ xâm nhập vào bên trong, nhanh chĩng làm hư hỏng và mất chất dinh dưỡng dự trữ trong hạt. Ngồi sự mất chất khơ, chúng cịn tiết ra các chất làm giảm chất lượng sản phẩm (tiết ra các chất gây mùi hơi, đắng, gây màu sẫm đen cho hạt).
Sự hoạt động và phát triển của vi sinh vật cần cĩ mơi trường độ ẩm cao. Khi độ ẩm tăng thì hoạt động sống của hạt mạnh lên, tỏa nhiệt và tỏa ẩm mạnh. Từ đĩ thúc đẩy trở lại hoạt động sống của vi sinh vật. Quá trình tác dụng thúc đẩy nhau giữa hoạt động của khối hạt và vi sinh vật là nguyên nhân thường gây cho cả khối hạt bị bốc nĩng, hư hỏng.
Trạng thái nhiệt của khối hạt cũng cĩ ảnh hưởng lớn đến hoạt động của vi sinh vật. Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của từng loại khơng giống nhau, cĩ thể chia làm 3 nhĩm chủ yếu:
- Nhĩm ưa lạnh: phát triển ở nhiệt độ gần 0oC.
- Nhĩm vi sinh phát triển mạnh nhất: ở nhiệt độ 20-40oC (đây là nhĩm phổ biến ở hạt).
Ngồi độ ẩm và nhiệt độ, mơi trường khơng khí cũng ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật. Hàm lượng oxy tăng sẽ làm tăng hoạt động của vi sinh vật. Điều đĩ chứng tỏ các vi sinh vật trong hạt thuộc loại ưa khí. Nồng độ CO2 trong mơi trường cĩ tác dụng kìm hãm hoạt động của vi sinh vật. Vì vậy, nạp CO2 vào mơi trường bảo quản là một biện pháp nhằm để bảo quản khối hạt.
Để ngăn ngừa và hạn chế sự hoạt động của vi sinh vật trên hạt, các biện pháp thường dùng như làm lạnh, tạo chân khơng, nạp khí CO2... cũng tỏ ra khá hữu hiệu, tuy nhiên sấy khơ hạt là biện pháp đơn giản, hiệu quả và phổ biến nhất.
(iii) Sự hư hỏng hạt do các enzyme phá hủy
Sự phá hủy của một số enzyme đặc trưng thường gặp và quan trọng là enzyme lipase, phospholipase, lipoxidase...Trong đĩ, phổ biến nhất và thường gây hư hỏng nhiều nhất là enzyme lipase.
- Lipase: cĩ hầu hết trong các loại dầu. Chúng thuộc loại enzyme thủy phân cĩ nhĩm hoạt động là canxi. Chiều hướng và điều kiện hoạt động của lipase tùy thuộc vào trạng thái sinh lý của hạt. Trong quá trình chín của hạt trên cây, lipase cĩ tác dụng kích thích sự tổng hợp từ các acid béo và glycerin thành glycerid. Tuy nhiên, trong quá trình chế biến và bảo quản hạt (sau khi thu hoạch), lipase lại cĩ tác dụng ngược lại. Chúng xúc tác quá trình phân hủy glycerid thành glycerin và các acid béo tự do, làm cho hàm lượng acid béo tự do trong dầu tăng, chỉ số acid tăng, giảm chất lượng dầu. Vì vậy, sự thủy phân glycerid là tác dụng phá hỏng chủ yếu của lipase đối với hạt dầu trong quá trình bảo quản và chế biến. Lipase của hạt dầu chịu được nhiệt độ khá cao. Khi để hạt ở 120oC trong 2 giờ thì lipase chỉ giảm 50% hoạt tính hoặc ở 100oC trong 30 giờ thì chỉ mất 40% hoạt tính ban đầu; nhưng ở độ ẩm cao kết hợp với nhiệt độ cao thì lipase sẽ nhanh chĩng bị phá hủy.Cũng như các loại enzyme khác, enzyme lipase chỉ thể hiện hoạt tính cực đại ở một trị số pH nhất định của mơi trường. Ví dụ: ở hạt thầu dầu, pH tối ưu là 4,5-5; hạt đậu nành pH= 5...
- Phospholipase: enzyme thường cĩ trong dầu, tác dụng đặc hiệu là thủy phân, phá hủy các phospholipid. Trên thực tế, phospholipase tồn tại ở 4 dạng A, B, C và D.
Phospholipase A thủy phân lecithin tạo thành isolecithin và 1 phân tử acid béo. Dạng B thủy phân isolecithin thành 2 acid béo tự do.
Dạng C phân cắt liên kết ester giữa acid phosphoric và glycerin. Dạng D phân cắt liên kết giữa acid phosphoric và baz nitơ.
Kết quả các quá trình tác dụng của phospholipase làm giảm phẩm chất của dầu, chỉ số acid tăng, phospholipid bị phá hủy.
- Lipoxidase: cĩ tác dụng xúc tác, thúc đẩy phản ứng oxy hĩa các acid béo khơng no bởi oxy, tạo thành hydroperoxit. Hydroperoxit là các hợp chất khơng bền, dễ phân hủy. Kết quả của các phản ứng trên tạo ra trong dầu các chất độc, làm giảm chất lượng sản phẩm. Lipoxidase hoạt động tốt nhất ở 20-40oC, trên 80oC bị mất hoạt tính. pH tối ưu từ 6,5- 7,5. Kết quả này cho thấy, quá trình đốt nĩng và giảm pH trong hạt là biện pháp loại trừ, hạn chế sự phá hủy của lipoxidase.
(iv) Sự phá hủy do các phản ứng hĩa học
Trong hạt cĩ dầu, hầu như cĩ đủ các nhĩm chất hữu cơ cũng như vơ cơ, đây là cơ chất cho các phản ứng biến đổi khác nhau cĩ thể xảy ra. Trong đĩ, nhĩm phản ứng phổ biến nhất là các quá trình hĩa học như các phản ứng oxy hĩa, thủy phân, sự biến tính nhiệt của protein và phản ứng biến đổi màu Maillard.
(v) Sự hư hao do sâu, mọt, chim, chuột
Trong quá trình bảo quản hạt cĩ dầu, các loại sâu, mọt, chim, chuột dễ gây ra những tổn thất đáng kể. Chúng sử dụng hạt làm chất nuơi sống và tiết thải ra trên hạt các chất bẩn, hơi thối, thậm chí cả chất gây bệnh.
Sự sống và hoạt động của sâu mọt, cơn trùng phụ thuộc vào hàm lượng ẩm của hạt. Khi hạt bị ẩm cao, chúng sẽ hoạt động và phát triển mạnh và khi hạt khơ thì hoạt động yếu dần và chết.
Độ nhiệt cũng ảnh hưởng nhiều đến hoạt động của cơn trùng. Phần lớn sâu mọt chết ở 50-60oC. Ở nhiệt độ dưới 0oC, chúng cũng tồn tại nhưng hoạt động yếu hơn. Khi nhiệt độ thấp hơn nữa thì chúng sẽ bị chết dần do sự kết tinh của nguyên sinh chất. Nồng độ oxy và CO2 trong mơi trường bao quanh hạt cũng cĩ ảnh hưởng lớn đến hoạt động phá hủy của sâu mọt.
3.1.1.2. Các nhân tốảnh hưởng đến quá trình bảo quản
Nguyên nhân chủ yếu gây nên sự hư hỏng hạt dầu trong quá trình bảo quản là do sự hơ hấp của hạt. Cường độ hơ hấp trong quá trình bảo quản hạt phụ thuộc vào 3 nhân tố chính: hàm lượng ẩm, độ nhiệt và thành phần khơng khí quanh khối hạt. Những nhân tố này khơng những ảnh hưởng đến hàm lượng dầu cĩ trong hạt mà cịn ảnh hưởng đến cả các thành phần sống khác của khối hạt như vi khuẩn sống ký sinh trong hạt hay các tạp chất kèm theo hạt, các loại sâu bọ...
(i) Độẩm của hạt
Độ ẩm của hạt thay đổi phụ thuộc chủ yếu vào đặc điểm về thành phần và cấu tạo của chúng, độ chín của hạt.
protein), nhờ đĩ hạt dầu cĩ khả năng hấp phụ hơi nước từ ngồi vào hoặc nhả hơi nước từ trong nội bào ra bên ngồi làm thay đổi độ ẩm của chúng. Quá trình hút và nhả ẩm (hơi nước) của hạt phụ thuộc vào độ bão hịa hơi nước trong khơng khí. Khi áp suất riêng phần của hơi nước ở trên bề mặt hạt thì hạt hấp phụ hơi nước vào bề mặt và vào bên trong (các mao quản), độ ẩm của hạt tăng lên. Ngược lại, khi áp suất hơi nước trong khơng khí thấp hơn trên bề mặt hạt, hạt nhả hơi nước ra bên ngồi, độ ẩm hạt giảm xuống. Khi áp suất hơi nước trong khơng khí và trên bề mặt hạt bằng nhau thì quá trình hút hoặc nhả ẩm ngừng lại, độ ẩm của hạt khơng thay đổi. Hạt dầu ở trạng thái này được gọi là hạt cân bằng ẩm. Độ ẩm tương ứng gọi là độ ẩm cân bằng của hạt. Quá trình hút ẩm của hạt thường chia làm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn đầu (giai đoạn hút ẩm liên kết): hơi nước hấp phụ vào giữa các bề mặt những phân tử dạng keo (hút nước) và được giữ lại trên các bề mặt ấy bằng các nối liên kết hydro khá bền vững. Ở dạng ẩm liên kết, nước ít cĩ khả năng tham gia hoặc thúc đẩy các quá trình biến đổi khơng cĩ ích của hạt.
- Giai đoạn hai (hút ẩm tự do): Sau khi kết thúc giai đoạn một, hạt vẫn tiếp tục hút ẩm vào giữa các phân tử dạng keo, nhờ vào các lực hút tĩnh điện. Khi ở dạng ẩm tự do, nước là yếu tố quan trọng thúc đẩy các quá trình gây hư hỏng hạt, nĩ tham gia trực tiếp vào các phản ứng hĩa học, làm tiêu hao lipid trong hạt.
Độ ẩm của hạt ở thời điểm cĩ nước tự do xuất hiện (kết thúc giai đoạn hút ẩm liên kết) gọi là độ ẩm tới hạn hay độ ẩm chuẩn của hạt. Độ lớn của độ ẩm tới hạn phụ thuộc vào thành phần hĩa học của hạt. Nếu hạt cĩ dầu cao, độ ẩm tới hạn của hạt sẽ giảm.
Quá trình bảo quản hạt dầu đạt hiệu quả khi độ ẩm bảo quản nhỏ hơn độ ẩm tới hạn. Với tất cả các loại hạt dầu, độ ẩm chuẩn cĩ thể xác định bằng cơng thức:
100 100 5 , 14 M Ath= −
Ath : Độ ẩm tới hạn (độ ẩm chuẩn) của hạt (%) M : Hàm lượng dầu trong hạt khơ tuyệt đối (%)
14,5 : Độ ẩm ở dạng liên kết của các chất hút nước chứa trong hạt.
(ii) Độ nhiệt của hạt
Trong quá trình bảo quản các hạt cĩ dầu, độ nhiệt tăng sẽ làm tăng cường độ hơ hấp của khối hạt. Độ nhiệt thấp sẽ làm các quá trình sinh hĩa trong hạt bị chậm lại, độ nhiệt cao sẽ thúc đẩy quá trình tự bốc nĩng trong khối hạt. Tuy nhiên, ảnh hưởng của độ nhiệt đến cường độ hơ hấp của hạt cĩ giới hạn hơn. Khi hạt cĩ độ ẩm thích hợp cho hoạt động sống của nĩ, từ độ nhiệt thấp tăng dần lên khoảng 50 – 70oC, cường độ hơ hấp của hạt tăng. Nhưng khi tăng trên 50 – 70oC, cường độ hơ hấp giảm dần, nếu tiếp tục tăng đến một độ nhiệt nhất định, hạt ngừng hơ hấp (bị mất hoạt động sống).
(iii) Thành phần khí của khơng khí giữa khoảng trống của hạt
Ở điều kiện khơng cĩ O2, hoạt động của vi sinh vật giảm đáng kể. Lợi dụng tính chất này, để quá trình bảo quản hạt đạt hiệu quả, cần tạo điều kiện khơng cĩ O2 trong khối hạt. Quá trình loại oxy khỏi khối hạt cĩ thể tiến hành bằng hai cách:
- Sử dụng các chất khí: CO2, N2, khĩi... thay thế vào các khoảng trống của khối hạt.
- Phương pháp hĩa học: Đưa ngay vào giữa khoảng trống của khối hạt hơi acid
propionic hay các chất khí bromua metyl, diclo etan... Quá trình này đạt hiệu quả nhanh tuy nhiên nĩ cĩ khả năng thay đổi phẩm chất của lipid.
3.1.1.3. Bảo quản và sơ chế hạt dầu sau thu hoạch
Mục đích của quá trình này nhằm khắc phục các nguyên nhân gây hư hỏng ảnh hưởng đến chất lượng hạt dầu.
Phương pháp sơ chế hạt dầu phụ thuộc vào đặc điểm, tính chất của hạt dầu cũng như quy mơ và điều kiện sản xuất chế biến.
Quá trình sơ chế hạt dầu tổng quát gồm các cơng đoạn sau: Hạt tươi ↓ Phơi sấy ↓ Làm sạch ↓ Thơng gíĩ cưỡng bức ↓ Làm nguội ↓ Bảo quản
Hình 3.1. Các cơng đoạn sơ chế hạt dầu sau thu hoạch
(i) Làm sạch
Tạp chất thường là những chất vơ ích trong quá trình bảo quản, chế biến, nĩ cịn là nguồn sản sinh ra các loại vi sinh vật phá hoại các điều kiện sống bình thường của hạt. Hỗn hợp tạp chất thường làm cho sản phẩm cĩ mùi khĩ chịu. Mục đích của quá trình làm sạch hạt nhằm loại bỏ các tạp chất vơ cơ cĩ hại như đất, đá, sỏi, kim loại cĩ trong hạt dầu làm tăng độ tro, giảm lượng lipid và protein trong hạt dầu, gây bẩn sản phẩm
như cỏ rác, thân vỏ cây tồn tại theo hạt dầu sau thu hoạch gây tăng ẩm nguyên liệu, thúc đẩy quá trình tự bốc nĩng và là nguồn cung cấp vi sinh vật cĩ hại.