- Xác định điểm tới hạn của quá trình phân tách: phụ thuộc vào việc điều khiển quá trình làm lạnh. Quá trình này chịu ảnh hưởng trưc tiếp của quá trình kết tinh được chọn lựa và hiệu quả quá trình phân tách.
- Một số loại mỡ kết tinh dễ dàng, trong khi đĩ một số loại cần thời gian dài hơn, phụ thuộc vào thành phần chất béo và đặc tính tự nhiên của triglycerid hiện diện.
- Sự phân bố tinh thể và sự hình thành kích thước tinh thể phụ thuộc vào phương pháp làm lạnh và quá trình khuấy trộn. Tốc độ kết tinh phụ thuộc vào thiết kế của thiết bị kết tinh.
Chính vì vậy, sự khuấy trộn đĩng vai trị rất quan trọng trong quá trình kết tinh: - Tránh sự quá nhiệt cục bộ ở một số vị trí;
- Đảm bảo quá trình truyền nhiệt đồng đều;
- Đảm bảo đủ nguyên liệu chuyển thành tinh thể trong suốt tiến trình ở tất cả các vị trí.
Quá trình chiết phân đoạn đạt yêu cầu được xác định dựa trên tỷ lệ giữa hiệu suất phân tách olein trên thực tế và hiệu suất tính tốn theo lý thuyết; tỷ lệ này cịn được gọi là
yếu tố phân tách.
Trên thực tế, quá trình chiết tách dầu khơng địi hỏi dầu phải xử lý hồn tồn tinh khiết trước đĩ. Phụ thuộc vào mục đích sử dụng cuối, dầu cĩ thể chiết phân đoạn ở dạng dầu thơ, bán tinh luyện (semi-refined) hay tinh luyện hồn tồn. Tuy nhiên, một số thành phần cịn hiện diện trong dầu với lượng nhỏ cĩ thể ảnh hưởng xấu đến quá trình kết tinh: diglycerid là chất nhũ hĩa, làm tăng liên kết giữa phần thân dầu và nước trong dầu, gây cản trở (làm chậm) quá trình kết tinh và phân tách giữa hai pha rắn và pha lỏng; ngược lại, hợp chất sáp cĩ tác dụng gia tốc sự hình thành tinh thể, kết quả tạo nên cấu trúc, hình dạng tinh thể khơng mong muốn, làm trở ngại quá trình lọc. Sự hiện diện của các chất rắn khơng tinh khiết, nước, xà phịng, protein, phospholipid và các sản phẩm dạng nhầy khác cũng cĩ thể cản trở và kéo dài quá trình hình thành tinh thể cũng như trong suốt quá trình lọc. Trong trường hợp này, dầu cần tinh luyện trước khi đưa qua phân tách.
5.2.5. Sản phẩm- Khả năng ứng dụng
Quá trình chiết phân đoạn được áp dụng chủ yếu cho chất béo sữa, dầu cọ hay mỡ heo; đặc biệt là dầu cọ. Nguyên nhân chủ yếu là do thành phần dầu cọ gồm 2 phần chủ yếu với số lượng tương đương: triglycerid của acid béo bão hịa (stearin) và triglycerid của acid béo khơng bão hịa (olein), do đĩ dễ dàng phân tách thành 2 phần lỏng – rắn riêng biệt nhờ vào sự khác nhau về nhiệt độ nĩng chảy. Sau quá trình phân tách, phần lỏng (olein) được sử dụng chủ yếu làm dầu nấu nướng (cooking oil), dầu salad; phần rắn (stearin) cĩ thể ứng dụng trong cơng nghệ chế biến margarine, shorteing hay các sản phẩm mỡ đặc biệt. Tùy thuộc vào yêu cầu sản phẩm cuối, các đường hướng phân tách khác nhau được áp dụng.
Bên cạnh dầu cọ, dầu đậu nành với đặc điểm chứa hàm lượng lớn triglycerid của acid béo đa nối đơi cũng được tiến hành chiết phân đoạn nhằm ngăn cản quá trình oxy hĩa dầu. Nhờ quá trình chiết phân đoạn, các triglycride cĩ nhiệt độ nĩng chảy cao được tách loại, phần dầu nành sau phân tách được sử dụng trong chế biến dầu salad và dầu chiên.
5.3. QUÁ TRÌNH HYDRO HĨA DẦU (HYDROGENATION) 5.3.1. Giới thiệu 5.3.1. Giới thiệu
Quá trình hydro hố cĩ xúc tác được Sabatier (Toulouse) phát minh vào năm 1897. Việc hydro hĩa dầu dựa trên theo phản ứng cộng H2 vào nối đơi của các acid chưa no chứa trong dầu với sự xúc tác của Niken và nhiệt độ.
Việc hydro hố dầu nhằm 2 mục đích chính: giúp dầu cĩ thể kéo dài thời gian tồn trữ và tạo điều kiện cho quá trình chế biến các sản phẩm khác.
- Mục đích bảo quản: Dầu lỏng sau khi hydro hố sẽ giảm tỉ lệ acid béo chưa no
chứa nhiều nối đơi trong thành phần dầu, giảm khả năng oxy hố của oxy
khơng khí. Do đĩ dầu sau khi đã hydro hố sẽ ổn định hơn, bảo quản dễ hơn và thời gian bảo quản kéo dài hơn.
- Mục đích sử dụng: Dựa vào sự thay đổi đặc tính vật lý của dầu nhờ quá trình hydro hĩa. Dầu lỏng sau khi hydro hố sẽ trở nên rắn hơn và cĩ nhiệt độ tan
chảy cao hơn; được sử dụng trong ngành cơng nghiệp bánh kẹo, sản xuất
margarine….Tùy theo mục đích sử dụng, dầu sau khi hydro hố đạt đến nhiệt độ nĩng chảy nhất định.
5.3.2. Cơ sở lý thuyết của qua trình hydro hố dầu
Quá trình hydro hĩa dầu trên thực tế là một biến đổi phức tạp. Phản ứng hydro hố dầu cĩ thể biểu diễn cách tổng quát:
C CH + H2
C T0, Ni CH
xt
Việc tìm hiểu cơ sở lý thuyết của quá trình hydro hĩa này đặc biệt cĩ ý nghĩa quan trọng trong việc hiểu rõ các bước xảy ra trong tiến trình, nhằm ngăn cản các phản ứng phụ xảy ra theo đường hướng khơng mong muốn.
Trong quá trình hydro hĩa sẽ xảy ra sự cạnh tranh ở các vị trí hoạt động của chất xúc tác bởi các acid béo bão hĩa khác nhau, quá trình biến đổi này đựơc gọi là “chuyển hĩa chọn lọc”. Nếu lượng hydro sử dụng thừa, quá trình hydro hĩa các acid béo trong dầu xảy ra theo trình tự:
Acid Linolenic → Acid Linoleic → Acid Oleic → Acid Stearic Quá trình hydro hĩa các hợp chất trien (acid linolenic), dien (acid linoleic) xảy ra theo hai đường hướng chủ yếu: tạo đồng phân vị trí và đồng phân hình học (đồng phân cis, trans). Tiến trình này đỏi hỏi phải quan tâm và kiển sốt nghiêm ngặt do ảnh hưởng của các sản phẩm tạo thành đến giá trị dinh dưỡng và tính chất vật lý của dầu. Ngồi ra, việc tạo ra sản phẩm cĩ cấu hình trans- (hydro hĩa một nấc tạo acid linolenic hay 2 nấc tạo acid oleic) là điều khơng mong muốn: cấu hình trans- khơng cĩ giá trị sinh học, là nguyên nhân gây nên bệnh tim mạch (tính chất tương tự acid béo bão hịa), thêm vào đĩ, nĩ cĩ nhiệt độ nĩng chảy cao hơn khi so sánh với cấu hình cis-.
Dầu hydro hố cịn gọi là dầu cứng sản xuất từ các dầu thực vật thể lỏng hoặc các mỡ động vật biển như cá voi, báo biển…cĩ khi cịn dùng mỡ gia súc để sản xuất.
Tùy thuộc vào mức độ hydro hố mà người ta thu được các loại dầu cĩ điểm đơng đặc khác nhau, thơng thường cĩ các loại chủ yếu như: 380C, 450C, 520C, 600C và loại hydro hố đến cùng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Những loại dầu hydro hố cĩ chất lượng tốt thường dùng thay mỡ động vật trong sản xuất bơ nhân tạo, chế biến bánh kẹo…
Dầu sau khi hydro hố xong được đưa qua thiết bị ép lọc để loại Niken và các tạp chất khác, thường dùng thiết bị ép lọc để sử dụng. Hàm lượng Niken cịn lại trong dầu < 0,1 mg/kg.
Hố chất sử dụng trong quá trình hydro hố dầu:
(i) Khí H2: Được điện phân nước với sự hiện diện của dung dịch KOH 28%.
(ii) Niken: Đã được hoạt hố và được bọc bằng dầu thực vật hydro hố đến
điểm nĩng chảy cao để chĩng ẩm. Khi cho vào thiết bị, dầu rắn tan ra phĩng thích Niken kim loại. Niken cĩ hoạt tính cao sẽ xúc tác cho phản ứng hydro hố dầu.
5.3.3. Các yếu tốảnh hưởng đến quá trình hydro hĩa dầu
Quá trình hydro hĩa dầu và mỡ ảnh hưởng bởi các tham số chủ yếu: nhiệt độ, thời gian, áp suất hydro hĩa, chất xúc tác và nồng độ cơ chất. Các yếu tố này cĩ ảnh hưởng tương hỗ lẫn nhau. Sự chọn lọc điều kiện hydro hĩa thích hợp là quá trình phức tạp, địi hỏi phải cĩ cơ sở lý thuyết và số liệu thực nghiệm, nhằm xác định thơng số phù hợp cho từng loại nguyên liệu.
sản phẩm cĩ mức hĩa rắn khác nhau (hình 5.5). Ngồi ra, sự khác biệt về thời gian cũng là nguyên nhân giúp quá trình phân tách các thành phần acid béo triệt để hơn (hình 5.6).
Hình 5.5. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình hydro hĩa dầu đậu nành
% acid béo
Thời gian phản ứng, phút
Hình 5.6. Ảnh hưởng cùa thời gian phản ứng đến thành phần acid béo của dầu đậu nành hydro hĩa
(ii) Ảnh hưởng của nhiệt độ: Tương tự các phản ứng hĩa học khác, quá trình hydro hĩa phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ: tốc độ phản ứng gia tăng tỷ lệ với sự gia tăng nhiệt độ. Ngồi ra, nhiệt độ phản ứng tăng cịn là nguyên nhân làm tăng khả năng hịa tan của hydrogen và giảm độ nhớt của dầu, giúp cải thiện quá trình truyền khối: các phần tử acid béo khơng no dễ dàng liên kết với hydro làm tăng nhanh tốc độ phản ứng.
(iii) Ảnh hưởng của điều kiện áp suất: Theo lý thuyết, tác động của áp suất đến tốc độ phản ứng hĩa học chiếm ưu thế hơn so với ảnh hưởng của nhiệt độ. Khi tăng nhiệt độ gấp đơi, khả năng hịa tan của cơ chất phản ứng tăng 20%; trong khi đĩ, sự gia tăng áp suất gấp đơi làm tăng khả năng hịa tan của cơ chất đến 60%. Tuy nhiên, ngược lại với lý thuyết, việc cải thiện khả năng hịa tan của hydro trong thực tế khơng là yếu tố ưu thế nhất làm tăng nhanh tốc độ phản ứng. Ở áp suất thấp, tốc độ phản ứng tăng 2,5 lần khi nhiệt độ gia tăng 50%; nhưng khơng cĩ kết quả chứng minh sự gia tăng tốc độ phản ứng ở điều kiện áp suất cao và nhiệt độ thấp. Điều này cho thấy, khơng cĩ sự tương quan giữa độ linh động của hydro và tốc độ phản ứng ở mọi trường hợp.
(iv) Ảnh hưởng của chất xúc tác: Nồng độ chất xúc tác cũng là một trong những tham số ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hydro hĩa dầu. Tuy nhiên, việc xác định nồng độ tối ưu của chất xúc tác chịu tác động của nhiều tham số phản ứng khác: nhiệt độ, áp suất và đặc biệt là tốc độ khuấy trộn (hình 5.7).
Hình 5.7. Sự thay đổi tốc độ phản ứng khi hydro hĩa dầu đậu nành ở tốc độ khuấy trộn và nồng độ chất xúc tác khác nhau
5.4. QUÁ TRÌNH ESTER HĨA NỘI PHÂN TỬ (INTERESTERIFICATION)
Ester hĩa nội phân tử là quá trình thứ ba được sử dụng nhằm biến đổi đặc tính của dầu mỡ. Các kiến thức nền tảng của quá trình này được biết đến từ đầu thế kỷ 20. Dưới tác dụng của chất xúc tác thích hợp, các acid béo được phân bố lại trong thành phần triglycerid. Chất béo sau quá trình biến đổi này cĩ sự khác biệt về tính chất vật lý và cả đặc tính chức năng. Tính chất của dầu và mỡ được thay đổi theo 2 bước: phân tách thành các thành phần riêng lẻ trong thời gian ngắn và sắp xếp lại theo một trật tự mới. Quá trình ester hĩa nội phân tử cĩ thể được phân loại giữa quá trình chiết phân đoạn (tác động vật lý) và quá trình hĩa rắn (hydro hĩa - dựa trên nguyên lý hĩa học).
Lý thuyết chung về quá trình ester hĩa nội phân tử của dầu và mỡ được biểu thị ở hình 5.8. Nhìn chung, quá trình ester hĩa nội phân tử bao gồm một số phản ứng, trong đĩ cĩ sự trao đổi gốc acyl:
- giữa ester và acid: thủy phân acid (acidolysis) - giữa ester và rượu: thủy phân rượu (alcoholysis)
- giữa các ester với nhau: ester hĩa nội phân tử trong chiều hướng hẹp hay ester hĩa theo cấu hình trans (transesterification).
Đặc biệt, quá trình thủy phân acid và thủy phân rượu cĩ ý nghĩa quan trọng trong quá trình sản xuất mono- và diglycerid.
Hình 5.8. Các biến đổi của quá trình ester hĩa nội phân tử
Quá trình ester hĩa nội phân tử xảy ra rất chậm; để thúc đẩy tốc độ phản ứng, cần thiết phải gia nhiệt đến nhiệt độ trên 300oC. Tuy nhiên, đây là điều khơng thể thực hiện do các triglycerid bị phân hủy ở giá trị nhiệt độ này. Chính vì vậy, việc sử dụng chất xúc tác cĩ khả năng tạo anion mạnh, tấn cơng vào nguyên tử C của nhĩm carbonyl được đề nghị. Các chất xúc tác được sử dụng chủ yếu cho phản ứng ester hĩa này là sodium (Na), sodium hydroxyt (NaOH) và sodium alcoholate (NaOC2H5). Cơ chế phản ứng ester hĩa nội phân tử được tổng hợp ở hình 5.9.
Ester hĩa nội phân tử được ứng dụng trực tiếp với dầu mỡ cĩ nguồn gốc tự nhiên hay dầu mỡ đã hydro hĩa hay chiết phân đoạn. Quá trình ester hĩa được sử dụng nhằm 4 mục đích chính:
- Cải thiện khả năng tương thích của triglycerid khác nhau ở trạng thái rắn,
- Cải thiện tính mềm dẻo của phần rắn do thay đổi khả năng kết tinh, kết tinh lại của dầu,
- Kết hợp các tính chất của hỗn hợp dầu khi phối trộn dầu và mỡ.
Việc xác định điểm dừng của quá trình ester hĩa phụ thuộc vào mục đích sử dụng sản phẩm cuối. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CHƯƠNG 6. CÁC SẢN PHẨM CHẾ BIẾN TỪ DẦU MỠ
6.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Dầu mỡ là một trong những thành phần quan trọng khơng thể thiếu được trong chế độ ăn hàng ngày của con người; dầu mỡ cung cấp năng lượng lớn cho cơ thể hoạt động. Thêm vào đĩ, dầu mỡ cịn cung cấp các acid béo cần thiết cho cơ thể cũng như các vitamin hịa tan trong chất béo. Bên cạnh giá trị dinh dưỡng cao, dầu mỡ cịn là thành phần làm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm, tạo cảm giác ngon miệng cho người sử dụng. Tuy nhiên, việc lạm dụng dầu mỡ là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến bệnh béo phì và gia tăng bệnh về tim mạch do sử dụng nguyên liệu cĩ chứa hàm lượng cholesterol cao. Chính vì các nguyên nhân này, việc nghiên cứu chế biến ra nhiều sản phẩm khác nhau từ dầu mỡ rất được quan tâm.
Các sản phẩm từ dầu mỡ cĩ thể được chia thành 2 dạng chủ yếu:
- Sản phẩm nhũ hĩa với hàm lượng dầu cao: margarine, mayonnaise, bơ…
- Sản phẩm khơng nhũ hĩa: shortening, dầu sử dụng cho quá trình chiên nhúng
trong dầu,…
6.2. MARGARINE
6.2.1. Tổng quan về margarine
Cơng nghệ chế biến margarine được phát minh vào năm 1869 do ơng Hippolyte Megi - Marie’s (người Pháp) và đã được chính phủ Pháp trao giải thưởng nhờ các ích lợi mà nĩ đã mang lại.
Margarine là dạng nhũ tương nước trong dầu cĩ cấu trúc như là bơ và được thay thế cho bơ động vật. Khởi đầu, rất ít người đánh giá cao dạng sản phẩm này và sự chấp nhận trên thị trường cũng rất ít. Margarine được làm như là một thể nhũ tương của sữa với mỡ bị. Khi chiến tranh thế giới thứ II bùng nổ, Napoleon III đã sử dụng sản phẩm này để nuơi dưỡng quân đội trong chiến tranh với Đức. Ngay từ đầu của cuộc chiến tranh giữa Pháp với Đức những cơ sở sản xuất margarine đã được đặt gần ở trung tâm thủ đơ Pari nhưng thời gian ngắn sau thì đĩng cửa khi quân đội Pháp chiến thắng trong cuộc chiến tranh đĩ.
Bằng phát minh cho cơng nghệ sản xuất margarine được cấp thơng qua hai nhà phân phối bơ Hà Lan. Sau hai trong nhiều sự kiện đặt biệt đĩ, sản phẩm margarine đã khẳng định được vị trí và được chấp nhận trên tất cả các nước ở Châu Âu trong những năm sau. Cũng từ đĩ margarine đã giành được thế phân phối quan trọng trong cuộc cạnh
tranh với sản phẩm bơ động vật ở nhiều bang thuộc Châu Âu. Lúc đầu margarine
khơng được đánh giá đúng bởi những nhà sản xuất sản phẩm bơ. Những nhà quí tộc cĩ thể làm bất cứ thứ gì để tẩy chai những sản phẩm thay thế tập quán tiêu dùng của họ.
Từ những bắt đầu như trên, margarine được phát triển cùng với trào lưu chế biến ra các sản phẩm cung cấp chất béo. Tính chất của margarine cĩ thể được điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu khác nhau trong nấu nướng hàng ngày, chế biến bánh mì và nhiều sản