Quá trình nghiên cứu đề tài đƣợc thực hiện tại bộ môn Công nghệ thực phẩm, khoa Công nghệ Hóa học & Thực phẩm, trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ Thuật Tp.HCM.
2.1.2 Nguyên liệu
Mỡ cá tra đƣợc thu mua tại nhà máy thủy sản (Công ty TNHH An Hƣng Phƣớc, TP. Long Xuyên, tỉnh An Giang, Việt Nam). Mỡ cá tra sau khi thu nhận từ công ty đƣợc phân vào các túi nhỏ, hút chân không và bảo quản ở nhiệt độ -18oC đến -20o
C.
2.1.3 Hóa chất
Citric acid (C6H7O8 ), đất sét Bentonite - Ấn Độ, chloric acid (HCl), chloroform (CHCl3), acetic acid (CH3COOH), Kali iodua (KI), Hồ tinh bột, phenolphatlein (C20H1404), Ethanol (C2H5OH), sodium hydroxide (NaOH) 0.1N, n-butanol (C4H10O), potassium dihydrogen phosphate (KH2PO4), amonium molybdate, amonium metavanadate, sodium thiosulphate (Na2S2O3) 0.1N.
2.1.4 Thiết bị và dụng cụ.
Cân phân tích 4 số (Sartorious BL 210S), máy li tâm Rotana 460, máy khuấy từ (IKA RH basic KT/C), lò nung, máy đo quang phổ UV-vis, bể điều nhiệt, bể siêu âm Elma S30H Elmasonic, máy cô quay chân không (Buchi).
Dụng cụ: erlen, beccher, đũa khuấy, muỗng, pipet, ống nghiệm, ống bóp cao su.
2.2 Nội dung nghiên cứu 2.2.1 Trích ly dầu thô
Quy trình trích ly dầu thô đƣợc thực hiện dựa theo nghiên cứu của (Subramaniam Sathivel cùng công sự, 2002) với một số thay đổi.
24
Mỡ cá sau khi thi mua từ công ty về sẽ đƣợc bảo quản ở nhiệt độ -18°C đến -20°C cho đến khi sử dụng. Trƣớc khi tiến hành xay mỡ cá nhƣ ở trên sơ đồ, thì mỡ cá sẽ đƣợc ra đông về nhiệt độ 4°C trong vòng 16 giờ, giai đoạn này sẽ giúp mỡ cá mềm, dễ dàng tiến hành hơn cho giai đoạn sau.
Xay
Mục đích: phá vỡ cấu trúc mỡ để tăng hiệu suất thu hồi dầu thô.
Cách tiến hành: mỡ cá sẽ đƣợc xay chung cùng nƣớc với tỷ lệ mỡ : nƣớc là 1:5 (w/v) trong máy xay có công suất 350W trong vòng 3 phút.
Gia nhiệt
Mục đích: Tăng hiệu suất thu hồi dầu thô từ mỡ, giảm thời gian trích ly dầu. Dầu thô Bảo quản (-18÷-20o C) Mỡ cá Gia nhiệt Lọc Ly tâm Chiết Bài khí 𝜏= 3 phút, nƣớc : mỡ = 5:1 Nƣớc Rây ( ∅= 2 mm) 𝜏= 30 phút, 2500 xg Xay 𝜏= 15 phút, t = 700C
25
Cách tiến hành: hỗn hợp mỡ cá và nƣớc sau khi đƣợc xay mịn sẽ đƣợc cho vào các erlen 500ml bịch kín miệng và đun ở bể điều nhiệt ở 70°C trong vòng 15 phút theo (Subramaniam Sathivel cùng cộng sự, 2002) và một số thay đổi.
Lọc
Mục đích: loại bỏ tạp chất và cặn thô sau giai đoạn trích ly.
Cách tiến hành: hỗn hợp sau khi đƣợc gia nhiệt sẽ đƣợc lọc qua rây (=2 mm) để loại bỏ cặn ở phía trên lƣới rây, thu đƣợc hỗn hợp dịch lỏng.
Ly tâm
Mục đích: phân tách dung dịch thành 2 pha dầu và nƣớc.
Cách tiếng hành: dung dịch thu đƣợc sau quá trình lọc sẽ đƣợc ly tâm với tốc độ 2500 vòng/phút trong 20 phút theo (Subramaniam Sathivel cùng cộng sự, 2002) và một số thay đổi.
Chiết
Mục đích: thu hồi dầu từ dung dịch sau ly tâm.
Cách tiến hành: dung dịch sau khi ly tâm đƣợc đƣa vào phễu chiết, để yên trong vòng 10 phút, sau đó mở van loại bỏ nƣớc có lẫn cặn ở phía dƣới, thu dầu ở phía trên.
Bài khí
Mục đích: hạn chế dầu tiếp xúc với oxy để tránh làm giảm chất lƣợng sản phẩm. Cách tiến hành: cho dầu thô thu đƣợc vào túi khóa zip, hút chân không.
26
2.2.1 Quy trình tinh luyện dầu
Tẩy trắng
Mục đích: Loại bỏ hợp chất mang màu và tạp chất.
Cách tiến hành: Dựa theo nghiên cứu (Sara Asgari cùng cộng sự, 2018) với có một vài thay đổi. Dầu thô (50ml) đƣợc thực hiện tẩy trắng trong erlen (100ml) chứa chất hấp phụ là bentonite với các tỷ lệ nghiên cứu (0.5, 1.0, 1.5 %) sau đó khuấy đều bằng máy khuấy từ trong vòng 01 phút ở nhiệt độ phòng với tốc độ 750 vòng/phút. Tiếp đến cho mẫu ra các ống ly tâm 50ml và tiến hành tẩy trắng mẫu ở bể siêu âm có công suất 280W, tần số 50Hz ở các nhiệt độ (45, 65, 80°) trong (5, 10, 15, 20, 25) phút.
Dầu thô
Tẩy trắng
Đông hóa, tách sáp
Khử mùi
Dầu cá tinh luyện n-butanol
Ly tâm
Màu, kim loại
Bentonite, sáp và tạp chất Sáp FFA, hợp chất mùi, màu, n-butanol Bentonite (0.5; 1; 1.5 %) Nhiệt độ (45, 65, 80°) 𝜏= 5 - 25 phút Tần số sóng 50Hz
27
Sau khi tiến hành tẩy trắng mẫu, ly tâm mẫu với tốc độ 4000 vòng/phút trong vòng 15 phút để loại bỏ bentonite và một phần sáp có trong dầu.
Đo các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng dầu, từ đó chọn ra nhiệt độ, tỷ lệ bentonite và khoảng thời gian phù hợp cho quá trình tẩy trắng.
Đông hóa và tách sáp dầu
Mục đích: Loại bỏ phần sáp còn lại trong dầu bằng dung môi n-butanol.
Cách tiến hành: Dầu sau khi tẩy trắng (100g) đƣa về nhiệt độ 25oC sau đó cho vào erlen 250ml tiếp tục cho 40 ml n-butanol sau đó làm lạnh về 5oC trong 12 giờ, tiếp tục làm lạnh về -18oC lƣu mẫu ít nhất 12 giờ để các tinh thể trong dầu kết tinh hoàn toàn, ly tâm ở tốc độ 4000 vòng/phút trong 20 phút để loại bỏ phần cặn (sáp dầu) ta thu đƣợc dịch lỏng gồm dầu và n-butanol, theo Subramaniam Sathivel cùng cộng sự, 2002 và một số thay đối.
Khử mùi
Mục đích: loại bỏ mùi đặc trƣng của dầu cá, nƣớc và dung môi n- butanol
Cách tiến hành: Dầu sau đông hóa và tách sáp (500g) cho vào bình cầu 1000ml và tiến hành cô quay chân không ở áp suất p= 32mmHg, nhiệt độ 95-98oC trong vòng 120 phút, theo Subramaniam Sathivel cùng cộng sự, 2002 và một số thay đối.
28
2.2.2 Sơ đồ nghiên cứu
2.2.3 Bố trí thí nghiệm
Thu nhận và bảo quản
Xác định các chỉ tiêu chất lƣợng của dầu (FFA, PV, IV, nhiệt độ nóng chảy, thành phần acid béo, tỷ trọng, hàm lƣợng sắt, mật độ quang OD420nm, hàm lƣợng phosphorus, độ ẩm và các hợp chất bay hơi) Tẩy trắng Đông hóa tách sáp Khử mùi
Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ bentonite và nhiệt độ đến chất lƣợng dầu trong quá trình tẩy trắng sử dụng sóng siêu âm.
Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến chất lƣợng dầu trong quá trình tẩy trắng sử dụng sóng siêu âm Xác định các chỉ tiêu của dầu (FFA, PV, IV, tỷ trọng, OD420nm, CIE Lab)
Xác định các chỉ tiêu của dầu (FFA, PV, IV, tỷ trọng, OD420nm,)
Xác định các chỉ tiêu của dầu (FFA, PV, IV, tỷ trọng, OD420nm)
Xác định các chỉ tiêu của dầu (FFA, IV, PV, nhiệt độ nóng chảy, thành phần acid béo, tỷ trọng, hàm lƣợng sắt, độ ẩm và các chất bay hơi, OD420nm)
Dầu tinh luyện
29
Thí nghiệm của chúng tôi đƣợc bố trí dựa theo dựa theo nghiên cứu (Sara Asgari cùng cộng sự, 2018) và có một số thay đổi cho phù hợp.
Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ bentonite và nhiệt độ đến chất lượng dầu trong quá trình tẩy trắng sử dụng sóng siêu âm.
Mục đích: Xác định nhiệt độ và tỷ lệ bentonite thích hợp trong quá trình tẩy trắng dầu cá.
Yếu tố thí nghiệm:
Các yếu tố cố định: thể tích mẫu dầu 50ml; thời gian tẩy trắng: 15 phút. Yếu tố A: nhiệt độ tẩy trắng
A1: 450C A2: 650C A3: 800C Yếu tố B : tỷ lệ bentonite
B1: 0.5% B2: 1% B3: 1.5%
Các mẫu dầu đƣợc xử lý ở các chế độ khác nhau trong quá trình tẩy trắng đƣợc mã hóa nhƣ sau (bảng 2.1)
B1 B2 B3 B1 B2 B3
Ly tâm
Xác định chỉ số PV, %FFA, OD420nm của dầu Tẩy trắng
Dầu thô
A1 A2 A3
B1 B2 B3
30
Bảng 2.1. Bảng mã hóa mẫu dầu
Điều kiện Nhiệt độ (°C) Tỷ lệ bentonite (%) Mã hóa mẫu
Tẩy trắng sử dụng sóng siêu âm 45 0.5 D45-0.5 45 1 D45-1.0 45 1.5 D45-1.5 65 0.5 D65-0.5 65 1 D65-1.0 65 1.5 D65-1.5 80 0.5 D80-0.5 80 1 D80-1.0 80 1.5 D80-1.5 Tẩy trắng không sử dụng sóng siêu âm 80 0.5 T80-0.5
Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến chất lượng dầu trong quá trình tẩy trắng sử dụng sóng siêu âm.
Mục đích: Xác định thời gian phù hợp trong quá trình tẩy trắng dầu cá. Yếu tố thí nghiệm:
Các yếu tố cố định: thể tích mẫu: 50ml; tỷ lệ bentonite và nhiệt độ đƣợc xác định dựa trên dữ liệu thu đƣợc ở thí nghiệm 1.
Yếu tố T: thời gian tẩy trắng
31
2.3 Các phƣơng pháp phân tích
2.3.1 Xác định chỉ số acid (Free fatty acid - FFA)
Chỉ số acid đƣợc xác định theo Nielsen, S.S., 2010
Chỉ số acid cho biết mức độ thủy phân của dầu và đƣợc biểu thị bằng số mg KOH cần thiết để trung hòa các acid béo tự do trong 1g dầu. Là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lƣợng của chất béo.
Cân 5 g mẫu đã tan chảy cho vào bình Erlenmeyer 250 ml. Thêm 100ml ethanol 95% và 2 ml chỉ thị phenolphtalein. Lắc đều để hỗn hợp hòa tan hoàn toàn. Chuẩn độ với dung dịch chuẩn NaOH 0.1N, lắc mạnh cho đến khi xuất hiện một màu hồng nhẹ (tồn tại trong 30 giây) . Ghi lại lƣợng dung dịch đƣợc sử dụng để chuẩn độ. Lặp lại các bƣớc 1-3 cẩn thận hơn trong ba lần, ghi lại từng trọng lƣợng của mẫu và thể tích dung dịch dùng để chuẩn độ.
Chỉ số acid đƣợc thể hiện thông qua phần trăm acid béo tự do trong dầu (tính theo acid oleic). % chỉ số acid đƣợc xác định theo công thức sau:
%FFA = (2.1)
Trong đó:
%FFA: Phần trăm acid béo tự do (g/100g), tính theo oleic acid (g/100g); Ly tâm
Xác định chỉ số PV, %FFA, OD420nm của dầu Tẩy trắng
Dầu thô
T1 T2 T3 T4 T5
32
V: Thể tích NaOH 0.1N chuẩn dùng chuẩn độ hỗn hợp dầu (ml); N: Nồng độ dung dịch NaOH chuẩn (mol/1000ml);
282: Khối lƣợng mol của acid oleic (g/mol); W: Khối lƣợng mẫu (g);
2.3.2 Xác định chỉ số peroxide (PV)
Chỉ số peroxide là số gam iod đƣợc tách ra từ KI bằng peroxide chứa trong 100g dầu mỡ. Đánh giá mức độ oxy hóa dầu mỡ, chỉ số peroxide càng cao thì chất lƣợng dầu càng thấp.
Chỉ số peroxide đƣợc xác định theo phƣơng pháp Nielsen, S.S., 2010.
Cân 5 g mẫu đã tan chảy cho vào bình Erlenmeyer 250 ml. Thêm 30 ml hỗn hợp của dung dịch acid acetic và dung dịch chloroform tỷ lệ 3:2, lắc để hòa tan hỗn hợp. Thêm 0.5 ml dung dịch KI bão hoà. Giữ đứng và thỉnh thoảng lắc trong 1 phút. Thêm 30 ml dd nƣớc. Chuẩn độ từ từ các mẫu với dung dịch Natri thiosulfate Na2S2O3 0,01 N, lắc mạnh cho đến khi màu vàng gần nhƣ biến mất. Thêm 0.5 ml dung dịch tinh bột 1% và tiếp tục chuẩn độ, lắc mạnh để giải phóng tất cả iốt từ lớp chloroform, cho đến khi màu xanh biến mất. Ghi lại lƣợng dung dịch đƣợc sử dụng để chuẩn độ ((Nếu dung dịch Natri thiosulfate sử dụng <0,5 ml, tiến hành xác định lại). Chuẩn độ tƣơng tự với mẫu trắng (không chứa dầu). Ghi lại lƣợng dung dịch đƣợc sử dụng.
Chỉ số peroxide đƣợc xác định theo công thức:
PV = ( ) (2.2) Trong đó:
PV: giá trị peroxide của dầu (mEq/kg);
S: Thể tích Na2S2O3 0,1 N dùng để chuẩn độ mẫu dầu (ml); B: Thể tích Na2S2O3 0,1 N dùng để chuẩn độ mẫu trắng (ml); N: Nồng độ dung dịch Na2S2O3 chuẩn (mEq/ml);
W: Khối lƣợng mẫu (g);
33
2.3.3 Xác định chỉ số IV
Chỉ số iod đƣợc xác định theo phƣơng pháp của tác giả Nguyễn Thị Hiền, 2010. Chỉ số iod là số gam iod cần thiết để làm bão hòa các nối đôi của các acid béo có trong 100g dầu mỡ. Chỉ số iod đánh gia mức độ chƣa no của dầu mỡ.
Cân 0.5 g mẫu đã tan chảy cho vào bình Erlenmeyer 250 ml. Thêm 5ml ete etylic vào bình để hòa tan chất béo và sau đó 25ml dung dịch ICl trong HCl 0.2N. Lắc dều, đậy kín bình và để yên 15 phút. Tiếp đó cho thêm 10ml dung dịch KI 10%, 50ml nƣớc cất. Định phân iod giải phóng bằng dung dịch Na2S2O3 0.1N cho đến màu vàng rơm. Sau đó cho thêm 1ml dung dịch hồ tinh bột 1%, 3ml chloroform vào để giải phóng iod bị hấp thụ trên chất béo. Chú ý lắc mạnh trong lúc định phân. Đồng thời tiến hành làm thí nghiệm kiểm chứng trên mẫu trắng.
Chỉ số iod tính theo công thức sau:
I = ( ) (2.3) Trong đó:
a: Số ml dung dịch Na2S2O3 0.1N dùng định phân mẫu thí nghiệm; b: Số ml dung dịch Na2S2O3 0.1N dùng định phân mẫu kiểm chứng; f: hệ số hiệu chỉnh nồng độ của dung dịch Na2S2O3 0.1N đem dùng; 0.01269: số gram iod tƣơng ứng với 1ml dung dịch Na2S2O3 0.1N; W: khối lƣợng mẫu (g)
2.3.4 Xác định hàm lƣợng phosphorus
Hàm lƣợng phosphorus trong dầu đƣợc xác định theo TCVN 9516:2012
Nguyên tắc:
Phosphorus trong phần mẫu thử đã tro hóa đƣợc xác định bằng đo quang phổ sau khi tạo phức với thuốc thử molybdovanadate.
Thuốc thử:
34
Hòa tan 1,0 g amoni metavanadat trong 125 ml nƣớc nóng, làm nguội rồi thêm 160 ml HCl đặc (nồng độ từ 36.5 % đến 38 %).
Thêm từng lƣợng dung dịch molybdat vào dung dịch vanadat trong khi vẫn khuấy, sau đó pha loãng bằng nƣớc đến 1 lít
Dung dịch chuẩn:
Dung dịch chuẩn gốc, nồng độ phosphorus 2 mg/l.
Cân 8.7874 g kali dihydro phosphate (KH2PO4), đã sấy 2 giờ ở nhiệt độ 105o C. Chuyển định lƣợng kali dihydro phosphat vào bình định mức 1 lít và thêm khoảng 750 ml nƣớc để hòa tan. Thêm nƣớc đến vạch.
Bảo quản dung dịch đã pha trong tủ lạnh
Dung dịch chuẩn làm việc, nồng độ phosphorus 0.1 mg/ml.
Pha loãng 50 ml dung dịch chuẩn gốc bằng nƣớc trong bình định mức 1 lít. Thêm nƣớc đến vạch.
Chuẩn bị dung dịch trong ngày sử dụng. Bảo quản dung dịch đã pha trong tủ lạnh.
Chuẩn bị mẫu thử
Cân chính xác một lƣợng mẫu thử dạng bột chứa khoảng 4,0 mg phosphorus (đối với mẫu thử dạng lỏng, cần lắc kĩ vật chứa mẫu thử trƣớc khi cân), cho vào chén nung. Cho phần mẫu thử bốc hơi đến khô trên bếp điện sau đó nung trong lò nung ở nhiệt độ không lớn hơn 600oC cho đến khi không còn cacbon (khoảng từ 3 h đến 4 h). Làm nguội và thêm vào 40 ml dung dịch acid clohydric, thêm vài giọt acid nitric rồi đun đến sôi trên bếp điện. Để nguội, chuyển định lƣợng dung dịch thu đƣợc vào bình định mức 100 ml và thêm nƣớc đến vạch.
Dựng đường chuẩn
Chuyển các thể tích 0.0; 5.0; 8.0; 10.0 và 15.0 ml dung dịch chuẩn làm việc vào các bình định mức 100 ml. Các bình định mức này chứa lƣợng phospho tƣơng ứng 0.0; 0.5; 0.8; 1.0 và 1.5 mg.
Thêm 20.0 ml thuốc thử molybdovanadate vào các bình định mức, thêm nƣớc đến vạch và trộn đều. Để yên các bình trong 10 phút để việc hiện màu xảy ra hoàn toàn, sau đó
35
đo độ hấp thụ của các dung dịch chuẩn ở bƣớc sóng 400 nm, dùng cuvet chiều dài đƣờng quang 1 cm. Sử dụng dung dịch có hàm lƣợng phosphorus bằng 0 để chỉnh máy đo quang phổ về zero. Sử dụng hồi quy tuyến tính của độ hấp thụ đối với chất chuẩn để tính nồng độ phosphorus của từng phần mẫu thử.
Phép xác định
Để yên các bình trong 10 phút để việc hiện màu xảy ra hoàn toàn, sau đó đo độ hấp thụ của dung dịch thử, dùng cuvet có chiều dài đƣờng quang 1 cm.
Từ độ hấp thụ đo đƣợc, xác định khối lƣợng phospho trong dung dịch thử dựa trên đƣờng chuẩn tuyến tính.
Tính toán
Hàm lƣợng phosphorus trong mẫu thử X, tính bằng miligam trên lít (mg/kg), theo công thức:
X =
(2.4) Trong đó,
W1 là khối lƣợng phosphorus trong dung dịch thử, tính bằng miligam (mg). W là khối lƣợng của phần mẫu thử, tính bằng gam (g).
V1 là thể tích dung dịch thử đƣợc lấy để đƣa vào bình định mức 100 ml (V1 = 20,0 ml).
V2 là dung tích bình định mức (V2 = 100 ml).
1000 là hệ số chuyển đổi từ gam sang kilogam hoặc từ mililit sang lít.
d là khối lƣợng riêng của mẫu thử dạng lỏng, tính bằng gam trên mililit (g/ml).
2.3.5 Xác định tỷ trọng tƣơng đối của dầu
Theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6594:2007 (ASTM D 1298 - 05) dầu đƣợc xác định tỷ trọng bằng phƣơng pháp tỷ trọng kế. Mẫu đƣợc đƣa về nhiệt độ qui định và một