5.1. Kỹ thuật sản xuất dầu béo
58
Dầu béo được sản xuất từ các nguyên liệu thực vật có chứa dầu. Tùy theo hàm lượng dầu béo trong nguyên liệu mà người ta áp dụng các phương pháp sản xuất khác nhau.
Thông thường đối với các loại nguyên liệu có hàm lượng dầu béo cao (lạc, vừng, dừa, v.v.) người ta áp dụng phương pháp ép để tách chất béo ra khỏi nguyên liệu. Phần còn lại trong bã ép người ta có thể tận dụng bằng các dung môi hữu cơ để trích ly.
Đối với những nguyên liệu có hàm lượng dầu thấp, người ta có thể dùng phương pháo trích l để khai thác chất béo. Phương pháp trích ly có ưu điểm là hiệu suất thu hồi chất béo cao, dễ cơ giới hóa quá trình sản xuất. Nhưng phương pháp này nhược điểm là tốn dung môi và khó chọn dung môi phù hợp với quá trình sản xuất.
Bởi vì một dung môi tốt phải đảm bảo được: có khả năng hòa tan hcaats béo với bất kỳ tỉ lệ nào, nhiệt độ sôi và nhiệt hóa hơi nhỏ, có độ trơ hóa học đối với nguyên liệu và thiết bị, rẻ tiền và dễ kiếm, v.v. Đồi với nước ta cũng như nhiều nước trên thế giới dung môi phải nhập từ nước ngoài, giá thành cao với vậy ít được sử dụng.
Thông dụng nhất để khai thác dầu béo hiện này là khai thác dầu béo bằng phương pháp ép.
Sơ đồ công nghệ sản xuất dầu thực vật bằng phương pháp ép như sau:
5.1.1. Nguyên liệu hạt dầu, bảo quản
Dầu béo có nhiều loại và được sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau.
Trong phạm vi phần nà chỉ giới thiệu 1 số loại nguyên liệu hạt dầu phổ biến ở nước ta:
5.1.1.1. Lạc Nguyên liệu hạt dầu, bảo
quản
Phân loại và
làm sạch Tách vỏ Nghiền
Chưng - sấy Lọc Ép
Tinh chế dầu thô
Khô dầu
59
Lạc được trồng khắp nơi trên đất nước ta, nhất là những vùng đất phù sa ven song rất thích hợp cho lạc phát triển. Hạt lạc là nguyên liệu chính để sản xuất dầu lạc. Hạt lạc được bao bọc bởi 1 lớp vỏ cứng gọi là củ lạc. Mỗi củ lạc chứa từ 1 – 3 hạt. Hạt lạt có hình thoi, hình bầu dục hoặc tròn và được bao bọc bởi lớp vỏ lạc màu hồng hay hồng nhạt (lạc 6 tháng) hoặc lớp vỏ màu đỏ tím (lạc 3 tháng). Hạt lạc càng già thì hàm lượng dầu càng cao. Trung bình hàm lượng dầu trong hạt lạc là 45 – 56 %.
5.1.1.2. Dừa
Dầu dừa được sản xuất từ nguyên liệu cùi dừa. Cùi dừa được chứa trong quả dừa phía sát lớp vỏ cứng của quả. Khi quả dừa còn non, nội nhũ tồn tại ở dạng lỏng, càng vè già nước càng đặc lại và dần tạo thành lớp cùi dày tới 15 cm. Cùi dừa càng già hàm lượng dừa càng cao, thông thường hàm lượng dầu trong cùi dừa là 60 – 75 %. Ở nước ta dừa được trồng nhiều ở các tỉnh từ Thanh Hóa trở vào, đặc biệt ở miền Nam dừa được trồng phổ biến và mở ra một triển vọng mới cho sự phát triển công nghiệp ở nước ta.
5.1.1.3. Thầu dầu
Ở nước ta thầu dầu được trồngni heeuf ở các vùng ven sông Đáy, sông Hồng, vùng trung du và một số nông trường quốc doanh. Thầu dầu ra quả chum, mỗi quả gồm có 3 mảnh ghép lại và trong mỗi mảnh chứa từ 1 – 3 hạt. Hạt thầu dầu là nguyên liệu để sản xuất dầu thầu dầu. Hạt thầu dầu có lớp vỏ ngoài cứng, bóng và còn có vằn trừng quốc, bên trong hạt mềm có màu trắng hoặc màu vàng nhạt. Hạt càng già càng chứa nhiều dầu, hàm lượng dầu trong hạt là 50 – 60 %. Dầu thầu dầu có chứa độc tố alkaloid ridin C8H8NO3. Vì vậy nó không được làm dầu thực phẩm. Nhưng dầu thầu dầu có giá trị cao vì nó được sử dụng trong công nghiệp dược liệu, sơn dầu, vecni, dầu tra máy, thuộc da, v.v.
5.1.1.4. Trẩu
Trẩu thuộc giống cây lưu niên được trồng nhiều ở vùng trung du và miền núi.
Mỗi năm cây trẩu thu hoạch 1 lần. Quả trẩu được cấu tạo bởi 3 mảnh, mỗi mảnh có 1 hạt. Hạt trẩu khá to (250 hạt nặng 1 kg) và là nguyên liệu để sản xuất dầu trẩu.
Hạt trẩu càng già hàm lượng dầu càng cao, hàm lượng dầu trung bình trong hạt trẩu là 50 – 60 %.
Cũng như dầu thầu dầu, dầu trẩu có chứa độc tố vì vậy không thể ứng dung làm dầu thực phẩm nhưng nó được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất sơn dầu và vecni.
5.1.1.5. Cám gạo
Là sản phẩm của quá trình xay xát gạo (những phần tách ra ở màng và phôi hạt gạo). Thành phần dầu trong cám gạo không cao (khoảng 8 – 20 %) phụ thuộc vào nguyên liệu gạo. Dầu cám khó sản xuất vì trong cám lẫn nhiều tạp chất đát đá, nước và protein. Nhưng dầu cám chứa hàm lượng vitamin E khá cao, vì vậy nó có giá trị thực phẩm rất lớn.
60
Ngoài ra những loại nguyên liệu dầu thông dụng kể trên, nước ta còn nhiều loại nguyên liệu dầu kahcs cũng được sử dụng trong công nghiệp sản xuất dầu béo như đậu tương, phôi ngô.
5.1.1.6. Bảo quản trước khi sản xuất
Hạt dầu là một cơ thể sống, trong hạt luôn xảy ra quá trình trao đổi chất (quá trình hô hấp của hạt). Mức độ trao đổi chất của hạt phụ thuộc vào hàm ẩm của hạt và các yêu tố bên ngoài.
- Hàm ẩm của hạt cao thì biến đổi củ hạt xảy ra mạnh làm cho hàm lượng chất khô giảm và gây hư hỏng khối hạt.
Để hạn chề các biến đổi xảy ra với hạt dầu, trước khi đưa vào sản xuất hạt được sấy khô đến độ ẩm nhất định (độ ẩm cân bằng của hạt). Ngoài ra quá trình sấy còn có tác dụng diệt một phần men và vi sinh vật bám trên bề mặt hoặc có ở ngay trong hạt. Độ ẩm cân bằng của một số nguyên liệu hạt dầu: lạc 6 – 6,5 %, đậu tương 12
%, thầu dầu 6 %, cùi dừa 7 %, v.v.
Nguyên liệu hạt dầu sau khi đã được sấy khô đến độ ẩm nhất định được đưa đi bảo quản nơi khô ráo. Trong quá trình bảo quản cần chú ý theo dỗi nhiệt độ, độ ẩm để có biến pháp thông gió đêt ránh cho hạt dầu bị bốc nóng hoặc bị vi sinh vật phá hỏng.
5.1.2. Phân loại và làm sạch
Kích thước hạt có liên quan nhiều đến hàm lượng dầu trong hạt, hạt có liên quan nhiều đến hàm lượng dầu trong hạt, hạt có kích thước càng lớn thì hàm lượng dầu càng cao. Để đảm bảo việc khống chế các chỉ tiêu kỹ thuật trong quá trình sản xuất dầu béo được dễ dàng, yêu cầu nguyên liệu đưa vào sản xuất phải đồng nhát về kích thước. Mặt khác hạt dầu sau khi thu hoạch, phơi khô và bảo quản có lẫn khá nhiều tạp chất, những tạp chất này cần được tách khỏi hạt trước khi đưa vào sản xuất. Để phân loại và làm sạch hạt dầu người ta dựa vào một số đặc tính khác nhau cơ bản giữa hạt dầu với tạo chất và giữa các hạt dầu như sau: hình dạng, kích thước, trạng thái bề mặt, trọng lượng riêng, độ bền cơ học , từ tính, v.v.
Thông thường để phân loại và làm sạch hạt dầu nguwoif ta sử dụng các loại sàng có kích thước lỗ sàng khác nhau.
5.1.3. Tách vỏ
Hạt dầu bao gồm vỏ và nhân. Vỏ được cấu tạo chủ yếu là xenlulozo và hemixenlulozo, chứa rất ít chất béo (1 – 2 %), vì vậy cần tách vỏ trước khi nghiền.
Mặt khác tách vỏ còn nhằm 1 số mục đích chủ yếu sau:
- Tạo điều kiện cho quá trình nghiền nhỏ nội nhũ hạt được dễ dàng.
- Giảm tổn thất dầu béo trong quá trình ép (do vỏ lẫn trong khô dầu mang theo) và làm cho khô dầu có chất lượng cao.
- Vỏ là nơi tập trung chất màu, tách vỏ trước khi tiếp xúc với nhiệt và ép làm cho dầu có màu sáng và tốt hơn.
61
Bóc vỏ thường áp dụng cho các loại hạt dầu có kích thước lớn, còn các loại hạt có kích thước nhỏ (hạt cải, hạt cúc, hạt mùi, v.v.) người ta ít tiến hành tách vỏ trước khi ép. Cơ sở để tiến hành bóc vỏ hạt dầu là dựa vào sự khác nhau giữa vỏ và nội nhũ về độ bền, độ dai, độ giòn, v.v. Dựa trên những cơ sở như vậy, tùy theo từng loại hạt mà người ta áp dụng các thiết bị khác nhau.
Ví dụ: để bóc vỏ lạc người ta dùng loại thiết bị có lực vừa đập vừa xé do tác dụng cảu cánh búa và chà sát với thành thiết bị. Vỏ lạc có độ bền kém hơn so với nội nhũ nên dễ dàng tách ra khỏi nội nhũ.
Để bóc vỏ hạt thầu dầu người ta dùng thiết bị tách vỏ trôi đục (tương tự thiết bị xoay kiểu rulo) hoặc để tách vỏ hạt bông người ta dùng thiết bị nghiền đĩa.
Sau khi bóc vỏ xong người ta tách vỏ khỏi nội ngũ thường bằng sức gió dựa trên cơ sở tỷ trọng của vỏ và nội nhũ khác nhau.
5.1.4. Nghiền
Nhằm phá vỡ cáu trúc nội nhũ hạt, làm cho kích thước nguyên liệu nhỏ và đồng đều, tạo điều kiện cho các quá trình chế biến sau được dễ dàng, đặc biệt là quá trình chưng sấy.
Trong quá trình sản xuất dầu bóe, tùy theo trang thiết bị và kỹ thuật sản xuất mà người ta nghiền hạt đến mức độ nhất định. Hạt dùng để ép không nên nghiền quá mịn và nghiền mịn quá khi chưng sấy bột nghiền bị vốn cục gây ảnh hưởng tới quá trình làm việc của thiết bị và sự thoát dầu. Mặt khác nghiền quá nhỏ quá trình ép dầu các phần tử bột nghiền bết lại làm tắt các ống mao dẫn, cản trở đến sự thoát dầu.
Hạt dùng để trích ly nghiền càng mịn càng tốt vì các phần tử bột càng nhỏ, diện tích bề mặt khuếch tán càng tăng và hiệu suất thu hồi dầu càng cao.
Để nghiền hạt dầu trong sản xuất dầu thực vật, người ta thường dùng các loại thiết bị nghiền như: nghiền búa, nghiền trục, nghiền đĩa, v.v. Thông thường trong sản xuất hạt dầu người ta hay dùng thiết bị nghiền trục vì nó có năng suất nghiền cao và chất lượng bột nghiền đmả bảo tốt. Để đảm bảo cho thiết bị nghiền làm việc được tốt yêu cầu nghuyên liệu bột nghiền phải có độ ẩm thích hợp (wlạc = 8,5 %, wdừa = 15 %, wtrẩu = 40 - 50 %). Độ ẩm cao quá trình nghiền dễ bết ngược lại, độ ẩm quá nhỏ hạt giòn khó nghiền nhỏ.
5.1.5. Chưng – sấy
Là sự gia công bột nghiền với nhiệt với nhiệt và hơi nước. Quá trình chưng – sấy bột nghiền nhằm một số mục đích chủ yếu sau:
- Phá vỡ mối liên hệ giữa phần dầu béo và phần không phải dầu béo như tác dụng của hơi nước và nhiệt, tạo điều kienj cho sự thoát chất béo ra dễ dàng.
- Tiếp tục phá vỡ caus trúc tế bào nhờ tác dụng của hơi nước và nhiệt, tạo điều kiện cho chất béo được giải phóng ra ở dạng tự do.
- Tách đượco ột số tạp chất để bay hơi có phần tử tử lượngth ấp gây mùi và làm cho độ nhớt của dầu béo nhỏ để nâng cao hiệu suất tách dầu béo.
62
- Làm mất tính độc (đối với một số nguyên liệu có chứa độc tố) do tác dụng của hơi nước và nhiệt độ một số chất độc bị biến đổi tạo thành chất mới không độc.
Ngoài những tác dụng có lợi trên quá trình chưng sấy còn có một số đặc điểm là: do tác dụng của nhiệt, chất màu trong nguyên liệu tan ra, dầu béo mạnh hơn làm cho cường độ màu của dầu tăng, mặt khác trong quá trình chưng sấy một số chất béo bị oxi hóa làm cho độ axit của dầu tăng, hàm lượng một só vitamin hòa tan trong dầu bị giảm. Nhưng nếu khống chế các chỉ tiêu kỹ thuật tốt thì những biến đổi xấu này xảy ra không đáng kể.
Quá trình chưng – sấy bột nghiền thường được chia làm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn chưng (đổ): ở giai đoạn này nguyên liệu được tiếp xúc với hơi nước bão hòa ở nhiệt độ 65 – 85 °C, những thành phần háo nước của nguyên liệu sẽ hút nước trương nở làm cho mối liên hệ giữa phần béo và không béo bị yếu đi. Độ ẩm sau khi chưng phụ thuộc vào loại nguyên liệu, thông thường độ ẩm sau khi chưng của một sô nguyên liệu như sau: wlạc = 8 - 10 %, wdừa ≤ 18,5 %, wcám gaọ = 18 - 26
%, wthầu dầu = 11,5 -12,5 %.
- Giai đoạn sấy: nhằm tách nước có thể làm cho phần háo nước tích lại, mối liên kết giữa phần béo và không béo bị đứt. Phần béo dần được giải phóng ra ở dạng tự do. Mặt khác, do tacsd ụng của nhiệt độ và sự thoát hơi nước protein của màng tế bào nôi nhũ của hạt dầu bị biến tính làm cho cấu trúc tế bào bị phá vỡ tạo điều kiện cho dầu béo thoát ra được dễ dàng. Nhiệt độ của giai đoạn sấy phụ thuộc vào nguyên liệu, thông thường nhiệt độ sấy là 90 – 120 °C (với trẩu là 75 – 80 °C).
Độ ẩm cuối cùng sau khi sấy phụ thuộc vào loại nguyên liệu và mục đích sử dụng khô dầu: wlạc = 4,5 - 9 %, wdừa = 4 - 5 %, wcám gaọ = 3 - 4 %, wthầu dầu = 4,5 - 6,5 %. Thông thường trong sản xuất dầu cả giai đoạn chưng – sấy đều được tiến hành trong cùng một thiết bị. Thiết bị chưng sấy phổ biến là thiết bị chưng sấy nhiều tầng mà phần đầu là chưng, phần sau là sấy.
5.1.6. Ép
Mục đích: dùng lực cơ học tác dụng lên khối nguyên liệu có chứa dầu làm cho áp lực tác dụng lên khối nguyên liệu ngày càng tăng lên, khối nguyên liệu dần dần khít lại phần dầu béo (lỏng) dần dần được tách ra. Về cơ sở và kỹ thuật ép đã nói kỹ ở phần đầu. Trong kỹ thuật sản xuất dầu béo để tách dầu béo khỏi khô dầu người ta thường áp dụng các thiết bị ép kiểu ép vít.
5.1.7. Lọc
Dầu sau khi ép xong còn chứa nhiều cặn mà chủ yếu là các mảnh bột vụn lẫn vào dầu. Để tách các cặn này người ta thường dùng thiết bị lọc ép loại khổ bản dầu sau khi ép. Nhiệt độ dầu thích hợp cho quá trình lọc là 45 – 65 °C. Dầu ép sau khi lọc xong được gọi là dầu thô.
5.1.8. Tinh chế
63
Dầu thực vật sau khi khai thác xong có chứa nhiều tạp chất, những tạp chất này khó có thể tách được bằng phương pháp lọc ép. Các tạp chất lẫn trong dầu thô, thường được chia làm 2 loại: tạp chất vô vơ và hữu cơ.
- Tạp chất vô cơ bao gồm: nước và các tạp chất đất cát, v.v.
- Tạp chất hữu cơ bao gồm: các loại rượu, axit béo tự do, andehide, xeton, este, chất nhựa, chất màu, dẫn xuất của axit amin, các hợp chất có chứa photpho và lưu huỳnh, v.v.
- Các hợp chất này lẫn vào trong dầu làm cho dầu mau bị hư hỏng. Trong thời gian bảo quản, thậm chí một số tạp chất có các loại vị lạ và độc tốt làm giảm giá tị của dầu.
Quá trình tinh chế dầu là tách các tạp chất không tốt đối với quá trình bảo quản và phẩm chất của dầu thành phẩm.
Những phương pháp được tinh chế dầu có thể chia làm mấy dạng chủ yếu sau:
- Phương pháp cơ học: lắng lọc, ly tâm, v.v.
- Phương pháp hóa lý: hấp phụ, chưng cất, tẩy mùi,
- Phương pháp hóa học: thủy hóa, trung hòa, este hóa, v.v.
5.1.8.1. Hấp phụ
Phương pháp hấp phụ trong tinh chế dầu thô nhằm mục đích loại bỏ tạp chất màu có lẫn trong dầu. Muốn quá trình hấp phụ các chất màu được tốt yêu cầu các chất hấp phụ đưa vào phải có một số tính chất chủ yếu sau:
- Có khả năng hấp phụ nhiều chất màu và hoạt tính hấp phụ cao.
- Có khả năng thẩm dầu nhỏ và không ngấy (biến đổi thành phần của dầu béo).
- Dễ dàng tách ra khỏi dầu và không gây mùi vị lạ cho dầu sau khi chất hấp phụ đã được tách ra.
Chất hấp phụ hay dùng trong tinh chế dầu là than hoạt tính và đất hấp phụ (inphuzonit hoặc silicagen).
Quá trình hấp phụ tiến hành như sau: chất hấp phụ trộn với dầu ở nhiệt độ 80 – 100 °C trong thiết bị có vỏ hơi và cánh khuấy để giữ nhiệt độ và tăng cường sự tiếp xúc giữa chất hập phụ với dầu. Sau khi hấp phụ xong chất hỗn hợp được đưa qua lọc. Người ta thường tiến hành lọc 2 lần:
- Lần 1: lọc ở nhiệt độ 85 – 90 °C.
- Lần 2: lọc ở nhiệt độ 45 – 60 °C.
Để đảm bảo cho dầu khỏi bị oxi hóa khi tẩy màu, người ta thường tẩy màu ở thiệt bị chân không với áp suất 610 – 650 mgHg.
5.1.8.2. Tẩy mùi
Trong quá trình sản xuất và bảo quản một số chất gây mùi được tạo thành làm cho dầu có mùi vị lạ, đôi khi gây cảm giác khó chịu đối với người sử dụng. Phần lớn các chất gây mùi này tồn tại wor dạng axit béo tự do, andehide, xeton có phân tử lượng thấp dễ bay hơi hơn dầu béo rất nhiều. Vì vậy người ta có thể tách chúng bằng cách cho bay hơi ở áp suất chân không. Quá trình tẩy mùi có thể tiến hành