Giáo trình Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm - ThS. Trần Thanh Trúc

Chia sẻ: 123968574 123968574 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:104

Thêm vào BST

Báo xấu

405
lượt xem 171
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm là tài liệu hỗ trợ học tập môn công nghệ sản xuất dầu. Trong tài liệu gồm 6 chương: Thành phần tính chất của dầu mỡ, Nguyên liệu chế biến dầu mỡ, Khái quát về công nghệ chế biến dầu thô, Kỹ thuật tinh luyện dầu mỡ, Các quá trình làm thay đổi đặc tính dầu mỡ, Các sản phẩm từ dầu mỡ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm - ThS. Trần Thanh Trúc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU MỠ THỰC PHẨM Mã số: CB 351 Biên soạn: Th.s. TRẦN THANH TRÚC NĂM 2005
Công nghệ chế biến dầu thực phẩm Trần Thanh Trúc MỤC LỤC TRANG CHƯƠNG I. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA DẦU MỠ...............................................1 1.1. Tổng quan về dầu mỡ ..............................................................................................................1 1.2. Thành phần hóa học của dầu mỡ............................................................................................2 1.2.1. Các thành phần chính .............................................................................................................2 1.2.2. Các thành phần phụ ...............................................................................................................6 1. 3. Tính chất lý hóa của dầu mỡ .............................................................................................11 1.3.1. Tính chất vật lý......................................................................................................................11 1.3.2. Tính chất hóa học của dầu mỡ ..............................................................................................11 1.4. Phân loại dầu mỡ thực phẩm .............................................................................................13 1.4.1. Nhóm chất béo sữa..............................................................................................................13 1.4.2. Nhóm acid lauric (dầu dừa và dầu hạt cọ)...........................................................................13 1.4.3. Nhóm bơ thực vật (bơ cacao)..............................................................................................13 1.4.4. Nhóm mỡ động vật (mỡ heo) ..............................................................................................13 1.4.5. Nhóm dầu cá (dầu cá và dầu gan cá)...................................................................................13 1.4.6. Nhóm acid oleic và acid linoleic (dầu olive, dầu cọ, dầu bắp, dầu hướng dương)..............14 1.4.7. Nhóm acid linolenic (dầu đậu nành, dầu hạt lanh)..............................................................14 1.4.8. Nhóm acid erulic (C22:1)....................................................................................................14 1.4.9. Nhóm hydroxy acid.............................................................................................................14 CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU CHẾ BIẾN DẦU MỠ .................................................................15 2.1. Hạt chứa dầu (seed oils) ...........................................................................................................15 2.2. Cây chứa dầu (oils from oil-bearing trees).................................................................................20 2.3. Mỡ động vật (animal fats)..........................................................................................................22 2.4. Dầu từ động vật biển (marine oils).............................................................................................23 Chương 3. KHÁI QUÁT CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU THÔ .............................................25 3.1. Sản xuất dầu từ hạt chứa dầu .................................................................................................25 3.1.1. Bảo quản và sơ chế hạt dầu..................................................................................................25 3.1.2. Giai đoạn tiền xử lý hạt dầu .................................................................................................32 3.1.3. Chưng sấy bột nghiền (gia công nhiệt ẩm) ..........................................................................38 3.1.4. Chiết tách dầu bằng quá trình ép..........................................................................................40 i
Công nghệ chế biến dầu thực phẩm Trần Thanh Trúc 3.1.5. Chiết tách dầu bằng phương pháp trích ly ...........................................................................43 3.2. Sản xuất dầu từ thịt quả chứa dầu (fruit flesh oil, pulp oil).................................................50 3.2.1. Dầu cọ ..................................................................................................................................50 3.2.2. Dầu olive..............................................................................................................................51 3.3. Tách chiết mỡ động vật ...........................................................................................................52 3.4. Dầu cá........................................................................................................................................52 CHƯƠNG 4. KỸ THUẬT TINH LUYỆN DẦU MỠ ..................................................................54 4.1. Giới thiệu chung .......................................................................................................................54 4.2. Các công đoạn chính của quá trình tinh luyện......................................................................56 4.2.1. Các phương pháp tinh luyện cơ học.....................................................................................56 4.2.2. Thủy hóa dầu (degumming).................................................................................................58 4.2.3. Tách sáp và đông hóa dầu ....................................................................................................61 4.2.4. Trung hòa.............................................................................................................................63 4.2.5. Tẩy trắng ..............................................................................................................................66 4.2.6. Khử mùi ...............................................................................................................................68 4.3. Tiêu chuẩn của dầu mỡ thực phẩm ........................................................................................70 CHƯƠNG 5. CÁC QUÁ TRÌNH LÀM THAY ĐỔI ĐẶC TÍNH DẦU MỠ ................. 73 5.1. Khái quát chung .......................................................................................................................73 5.2. Chiết phân đoạn và đông hóa dầu (Fractionation-Winterization) ......................................74 5.2.1. Giới thiệu .............................................................................................................................74 5.2.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình ...............................................................................................74 5.2.3. Kỹ thuật chiết phân đoạn .....................................................................................................75 5.2.4. Điều kiện thực hiện ..............................................................................................................76 5.2.5. Sản phẩm- Khả năng ứng dụng............................................................................................77 5.3. Quá trình hydro hóa dầu (hydrogenation) ............................................................................78 5.3.1. Giới thiệu .............................................................................................................................78 5.3.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình ...............................................................................................78 5.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hydro hóa ...................................................................80 5.4. Quá trình ester hóa nội phân tử (Interesterification) ...........................................................82 CHƯƠNG 6. CÁC SẢN PHẨM TỪ DẦU MỠ ...........................................................................85 6.1. Giới thiệu chung .......................................................................................................................85 6.2. Margarine ................................................................................................................................85 ii
Công nghệ chế biến dầu thực phẩm Trần Thanh Trúc 6.3. Shortening.................................................................................................................................95 6.4. Mayonaise .................................................................................................................................96 6.5. Dầu chiên ..................................................................................................................................98 6.6. Dầu salad...................................................................................................................................99 TÁI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................................100 iii
Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc CHƯƠNG I. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA DẦU MỠ 1.1. TỔNG QUAN VỀ DẦU MỠ Dầu mỡ từ động vật và thực vật đã được sử dụng trong sản xuất cũng như trong đời sống từ rất lâu, đây cũng chính là một nguồn cung cấp năng lượng lớn. Dầu mỡ được dùng rất phổ biến trong quá trình nấu nướng hằng ngày, xuất phát từ văn hóa cổ đại, như Trung quốc, Ai cập, Hy lạp – La mã cổ xưa. Cho đến ngày nay, việc sử dụng dầu mỡ trong quá trình chế biến thức ăn vẫn đóng một vai trò hết sức quan trọng, mặc dù việc thay đổi tập quán ăn uống đã góp phần làm giảm sản lượng sản xuất và sử dụng thành phần này. Dầu mỡ được biết đến đầu tiên có lẽ từ đế chế Ai cập (năm 1400 trước CN), ngoài phục vụ cho ăn uống, việc sản xuất xà phòng từ dầu mỡ cũng đã được ứng dụng. Ánh sáng ban đêm của người cổ đại cũng được tạo ra từ mỡ động vật chứa trong lọ và một ống sứa được sử dụng như bấc đèn ngày nay. Người La Mã xưa cũng đã biết chế tạo nến từ mỡ động vật trộn với sáp ong. Bên cạnh đó, rất nhiều thực vật cũng được sử dụng làm nguồn cung cấp dầu: dầu olive có nguồn gốc từ vùng Địa Trung Hải, hạt cải dầu được sử dụng phổ biến ở Châu Âu, dầu mè ở Ấn độ và đặc biệt, Trung quốc là quốc gia biết sử dụng dầu sớm nhất; cho đến ngày nay, dầu đậu nành vẫn được ưa chuộng ở nước này. Hiện nay, có rất nhiều loại động thực vật cho dầu mỡ đã được khai thác, mỡ không chỉ thu được từ các động vật chủ yếu như heo, bò, cừu mà mỡ từ động vật biển cũng được quan tâm. Song song với quá trình sử dụng dầu mỡ, công nghệ chế biến dầu cũng rất phát triển: từ khâu chiết tách thu dầu mỡ đến kỹ thuật tinh luyện giúp dầu mỡ có chất lượng cao hơn. Tuy nhiên, bước ngoặt lớn giúp nền công nghiệp chế biến dầu mỡ phát triển gắn liền với việc ứng dụng máy nghiền ép dầu dạng con lăn của Smeaton vào năm 1752. Tiếp theo đó, công nghệ chiết tách dầu có kết hợp chưng sấy cũng bước đầu được nghiên cứu trong những năm 1795 (Brahma), 1800 (Neubauer), 1891 (Montgolfier). Deiss (1855) đã thử nghiệm trích ly dầu thành công từ dung môi là CS2, sau đó Irvine, Richardson và Lundy (1864) đã đưa ra phát minh cho việc sử dụng dung môi trích ly dầu là hydrocarbon và hiện vẫn còn được áp dụng. Cùng với công nghệ chiết tách dầu, công nghệ tinh luyện dầu mỡ cũng được phát triển song song. Thêm vào đó, các phương pháp kiểm định và đánh giá chất lượng của dầu mỡ cũng được nghiên cứu và ứng dụng: khái niệm về chỉ số acid (Merz, 1879), chỉ số xà phòng hóa (Koettstorfer, 1879), chỉ số iod (Huebl, 1879); việc ứng dụng phương pháp sắc ký trong xác định giá trị dầu mỡ cũng đã được ứng dụng từ năm 1906 (Tswett, sắc ký cột) và phát triển dần . 1
Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc 1.2. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA DẦU MỠ 1.2.1. Các thành phần chính (i) Các acid béo Hợp chất béo có chứa các acid hữu cơ có số nguyên tử C trong mạch lớn hơn 4 được gọi là acid béo (fatty acid). Tùy thuộc vào chiều dài mạch carbon, các acid béo được chia làm 3 dạng chính: acid béo mạch ngắn (4-6 Carbon), acid béo mạch trung bình (8- 14 C) và acid béo mạch dài (≥ 16 C); ngoài ra, tùy thuộc vào liên kết giữa các nguyên tử C trong mạch, acid béo cũng có thể được chia thành 2 loại chính: acid béo bão hòa và acid béo chưa bão hòa. Có hơn 10 loại acid béo được tìm thấy chủ yếu trong thực phẩm (bảng 1.1). - Acid béo bão hòa: Thuật ngữ “bão hòa” được sử dụng để chỉ sự thỏa mãn về hóa trị của nguyên tử C trong mạch acid (ngoài trừ C tạo nên gốc acid –COOH); nói cách khác, liên kết giữa các nguyên tử C trong mạch là liên kết đơn (liên kết σ). Ký hiệu: Cx:0 với x: số nguyên tử C trong mạch 0: không có sự tồn tại của liên kết đôi (liên kết π). - Acid béo không bão hòa: Các acid béo có chứa liên kết đôi trong mạch carbon được gọi là acid béo không bão hòa. Trong tự nhiên, lượng acid béo không bão hòa chiếm tỷ lệ rất lớn. Hầu hết các acid béo có xu hướng hình thành liên kết đôi ở vị trí C số 9 và số 10 trong mạch. Mặc dù vậy, sự hình thành các liên kết đôi không bão hòa này cũng có thể được tìm thấy ở tất cả các vị trí trên mạch C, điều này làm gia tăng đáng kể lượng đồng phân của acid béo không bão hòa. Thêm vào đó, sự xuất hiện của liên kết đôi cũng giúp cho việc hình thành cấu hình cis- và trans- của acid béo, ảnh hưởng đến đặc tính sinh học của chúng. Ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt, hầu hết các acid béo không bão hòa trong thực phẩm có cấu hình cis-; tuy nhiên quá trình tinh luyện dầu hay các quá trình tác động làm thay đổi đặc tính dầu mỡ (chế biến margarine, hydro hóa dầu) có thể làm chuyển đổi các acid béo không bão hòa có cấu hình cis- thành dạng đồng phân hình học trans-, đây cũng chính là mối nguy lớn cho việc gia tăng bệnh xơ vữa động mạch và bệnh tim. Ký hiệu: Các acid béo không bão hòa có thể được ký hiệu theo hai hệ thống: - Hệ thống 1: Cx:y, zc (hoặc zt) với: x: số nguyên tử C trong mạch y: số liên kết đôi hiện diện z: vị trí của liên kết đôi trong mạch C (đánh số bắt đầu từ C kế cận nhóm COOH) c,t: cis- hay trans- 2
Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc - Theo hệ thống EEC (End-of-Carbon-Chain): (Cx:y,ωm) hay (Cx:y,nm); khi đó ω hay n: vị trí của liên kết đôi trong mạch C (đánh số ngược lại hệ thống 1, C1 là C bắt đầu của mạch C- nhóm CH3). Thí dụ: CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-(CH2)6-COOH - Theo danh pháp IUPAC: 9,12,15-Octadecatrienoic acid - Tên thông thường: α-linolenic acid - Ký hiệu theo hệ thống 1: C18:3,9c,12c,15c - Ký hiệu hệ thống EEC: C18:3ω3 hay C18:3n3 Acid oleic (C18:1ω9) là acid béo có 1 nối đôi chiếm tỷ lệ lớn trong thành phần các acid béo (hơn 50%), acid này được tìm thấy trong hầu hết các loại dầu thực vật cũng như mỡ động vật. Bảng 1.1. Các acid béo chủ yếu trong thực phẩm Acid béo Acid béo Chiều dài mạch C Nhiệt độ nóng chảy (oC) (Cx:y,ωm) (theo hệ thống IUPAC) (tên thông thường) Decanoic Capric 10:0 31,6 Dodecanoic Lauric 12:0 44,4 Tetradecanoic Myristic 14:0 54,3 Hexadecanoic Palmitic 16:0 62,9 Octadecanoic Stearic 18:0 70,0 18:1ω9 9-Octadecanoic Oleic 13,0 18:1ω9 9-trans-Octadecanoic Elaidic 36,0 22:1ω9 13-Docosenoic Erucio 33,5 18:2ω6,9 9,12-Octadecadienoic Linoleic -3,0 α-Linolenic 18:3ω3,6,9 9,12,15-Octadecatrienoic -11,9 20:4ω6 5,8,11,14-Eicosatetraenoic Arachidonic 20:5ω3 5,8,11,14,17-Eicosapentanoic EPA 20:6ω3 4,7,10,13,16,19- DHA Docosahexaenoic - Acid béo không bão hòa mạch dài ω3 và ω6 Trong số các acid béo không bão hòa mạch dài, acid béo ω3 và ω6 là hai loại acid béo cần thiết và có giá trị dinh dưỡng cao nhất; các nghiên cứu cho thấy cơ thể người và động vật không thể tổng hợp các acid béo này, mà chủ yếu được cung cấp qua nguồn 3
Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc thức ăn - dầu thực vật. Acid linoleic (C18:2ω6) và acid α-linolenic (C18:3ω3) là hai acid quan trọng nhất đại diện cho nhóm này. Các acid béo thuộc nhóm ω3 và ω6 cũng có thể được hình thành nhờ vào quá trình biến đổi như kéo dài mạch carbon hay loại bão hòa (desaturation): acid arachidonic (AA, C20:4ω6), acid eicosapentaenoic (EPA, C20:5ω3), acid docosahexaenoic (DHA, C22:6ω3) (hình 1.1) 18:1ω9 18:2ω6 18:3ω3 loại bão hòa (desaturase) 18:2ω9 18:3ω6 18:4ω3 kéo dài mạch (elongase) 20:2ω9 20:3ω6 20:4ω3 loại bão hòa (desaturase) 20:3ω9 20:4ω6 20:5ω3 kéo dài mạch 22:4ω6 22:5ω3 24:5ω3 loại bão hòa 24:6ω3 22:5ω6 22:6ω3 Hình 1.1. Các biến đổi hình thành acid béo không bão hòa mạch dài (polyunsaturated fatty acid) Trong tự nhiên, AA cũng có thể tìm được trong thịt gà và một số động vật khác, EPA và DHA cũng tồn tại với lượng lớn trong cá và một số hải sản khác. Các nghiên cứu gần đây đã cho thấy các acid béo không bão hòa mạch dài này được xem là một trong những acid béo cần thiết và quan trọng nhất nhờ vào sự hình thành các hợp chất có đặc tính sinh học (eicosanoid) của chúng, giúp vô hoạt khả năng sinh cholesterol trong cơ thể người. Acid arachidonic được chuyển đổi nhờ enzyme thành các hợp chất như protaglandin, thromboxan, leukotrien giúp cơ thể người thực hiện một số chức năng sinh lý. Thêm vào đó, các acid béo này còn có vai trò cần thiết cho sự phát triển, là hợp chất căn bản cho việc thành lập thành tế bào cũng như hình thành hợp chất cấu trúc cần thiết của phospholipid. 4
Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc - Các acid béo có cấu trúc không đặc trưng (cấu trúc hiếm): Bên cạnh các acid béo bão hòa và không bão hòa thường gặp, trong thực phẩm còn xuất hiện một lượng acid béo với cấu trúc ít gặp hơn. Các acid này thường không có vai trò quan trọng trong thực phẩm, và chỉ tìm thấy ở một số nguồn đặc biệt, chủ yếu trong các loại rau. Khác với các acid béo thông thường, các acid béo dạng này thường không có cấu trúc mạch thẳng, chuỗi hydrocarbon được hình thành từ một hay nhiều nhóm methyl và ethyl: acid béo mạch nhánh. Các acid béo mạch nhánh hiện diện chủ yếu trong vi sinh vật và một lượng nhỏ được tìm thấy trong sữa và mỡ của động vật nhai lại (trâu, bò…). Trong số này, acid ricinoleic (12-hydroxy-9-octadecenoic acid) là hydroxy acid quan trọng nhất, đây là thành phần chính của dầu hải ly (castor oil). (ii) Triglycerid Triglycerid là sản phẩm được tạo thành từ phản ứng của một phân tử glycerol với ba (3) phân tử acid béo (hình 1.2). Tùy thuộc vào acid béo gắn vào các vị trí trên mạch C của glycerol sẽ xác định đặc tính và tính chất của triglycerid: - Triglycerid đơn giản: tạo thành từ 3 acid béo giống nhau. - Triglycerid phức tạp: do acid béo khác nhau Trên thực tế, dầu và mỡ đều là sản phẩm chủ yếu của triglycerid phức tạp. Sự phân bố của acid béo trong cấu trúc triglycerid đã được khám phá và nghiên cứu trong một thời gian dài, rất nhiều học thuyết khác nhau về khả năng liên kết này đã được đề nghị: - “Thuyết phân bố ngẫu nhiên”: sự phân bố acid béo vào các vị trí khác nhau trong triglycerid hoàn toàn theo ngẫu nhiên. - “ Thuyết phân bố cân bằng”: các acid béo có khuynh hướng phân bố rộng rãi ở tất cả các triglycerid. - “Thuyết phân bố ngẫu nhiên có giới hạn”: sự phân bố acid béo vào các vị trí khác nhau trong triglycerid cũng theo quy luật ngẫu nhiên, tuy nhiên có một vài điểm giới hạn đặc biệt xảy ra trong dầu thực vật và mỡ động vật . Thí dụ: ở dầu thực vật, các acid béo bão hòa có xu hướng ester hóa ở vị trí số 1 và 3; trong khi sự gắn kết các acid này thường xảy ra ở vị trí số 2 trong mỡ động vật. Hình 1.2. Cấu trúc triglycerid 5
Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc (iii) Các thành phần phụ Các acid béo tự do và mono- , diglycerid Trong dầu mỡ, ngoại trừ thành phần chính là triglycerid còn có sự hiện diện của một lượng nhất định acid béo tự do (không liên kết với glycerl) và mono- , diglycerid. Trong cấu tạo của các mono- và diglycerid vẫn còn sự hiện diện của hai hay một nhóm hydroxyl (-OH), chúng được xem như dấu hiệu nhằm xác định sự tổng hợp không hoàn toàn triglycerid sinh học (quả chưa chín, hạt) hay dấu hiệu của quá trình phân giải lipid (lipolysis) sau thu hoạch do hoạt động của enzyme. Tuy nhiên, ngoài vai trò như chất chỉ thị chất lượng, mono- và diglycerid còn có một vai trò quan trọng đặc biệt nhờ vào khả năng liên kết mạnh của nó với các phần tử thân dầu và thân nước; chính vì thế mono- và diglycerid được sử dụng như một chất nhũ hóa trong rất nhiều thực phẩm. Bên cạnh mono- và diglycerid, acid béo tự do là sản phẩm cuối trong quá trình phân giải lipid, là giảm chất lượng dầu cụng như sản phẩm thực phẩm. Phospholipid Trong hạt dầu bao giờ cũng có mặt phospholipid là một trong những thành phần lipid phức tạp chủ yếu, bao gồm khung glycerophosphate kết hợp với hai chuỗi acid béo dài đã được ester hóa ở vị trí C1 và C2, đồng thời một alcohol base gắn vào nhóm phosphate (hình 1.3). R1, R2: acid béo Hình 1.3. Cấu trúc của phospholipid 6
Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc Phospholipid được phân thành 5 nhóm chính theo sự thay thế tự nhiên (X) trên acid glycerophosphoric: (1) Phospholipidic acid (PA): không có thành phần thay thế (2) Phospholipidyl ethanolamine (cephalin): PE (3) Phospholipidyl choline (lecithine): PC (4) Phospholipidyl serine: PS (5) Phospholipidyl inositol: PI Phospholipid là các hợp chất chứa dinh dưỡng dự trữ, cung cấp năng lượng cho các phản ứng trao đổi chất và tăng cường hô hấp của hạt. Trong công nghệ thực phẩm, phospholipid được sử dụng rộng rãi như một chất nhũ hóa , tác nhân kết dính (anti- spattering) và làm giảm độ nhớt trong nhiều thực phẩm. Nhiều hiệu quả đặc biệt của phospholipid đã được biết đến như ngăn cản hay chữa khỏi bệnh mất trí nhớ, viêm khớp và hàm lượng choloseterol trong máu cao. Tuy nhiên, cho đến ngày nay, các ích lợi của phospholipid về mặt dinh dưỡng đã không được khoa học chứng minh. Trong hạt dầu, phospholipid nằm ở dạng liên kết phức tạp với glucid, protid và chỉ có khoảng 30% ở dạng tự do. Do đặc tính tan trong chất béo, khi khai thác dầu thực vật, phospholipid sẽ có mặt trong dầu. Các hợp chất không có tính xà phòng hóa Các hợp chất không có tính xà phòng hóa thường có mặt trong dầu mỡ với vai trò quan trọng là: sterol, tocopherol, hợp chất màu, sáp, hydrocarbon và vitamin. Sterol: hợp chất hòa tan trong chất béo với cấu trúc căn bản từ steran (cyclopentanoperhydrophenantrene) (hình 1.4). 7
Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc Hình 1.4. Cấu trúc của steran và sterol Tùy theo nguồn gốc phát sinh, sterol được chia thành hai loại chính: sterol động vật (cholesterol) hay sterol thực vật (phytosterol: β-sitosterol). Hàm lượng sterol thay đổi trong khoảng từ 0,05-0,60%. Cholseterol được xem như một trong những nguyên nhân chính gây nên bệnh nhồi máu cơ tim. Chính vì thế, rất nhiều biện pháp làm giảm lượng cholesterol trong thực phẩm đã được nghiên cứu thành công trong những năm gần đây. Tuy vậy, cholesterol vẫn có một số chức năng cần thiết cho hoạt đống sống khi nó là thành phần chính của màng tế bào, chất dự đoán cho hoạt động của hormone steroid - hormone cần thiết cho quá trình lớn lên và phát triển của động vật hữu nhũ còn non. Tocopherol: Tocopherol là chất chống oxy hóa tự nhiên rất quan trọng thuộc họ phenolic. Tocopherol cũng có đặc tính tan trong dầu, thường tồn tại ở dạng tự do. Tùy thuộc vào cấu tạo khác nhau của tocopherol (hình 1.5) mà đặc tính tương ứng cũng thay đổi; phụ thuộc mạch C chính bão hòa hay chứa 3 liên kết đôi, và phụ thuộc vào số nhóm cũng như vị trí nhóm methyl gắn kết trên mạch nhánh; có 4 loại tocopherol khác nhau: α-tocopherol (5,7,8-trimethyl), β (5,7-dimethyl), γ (7,8-dimethyl) và δ (8- methyl). Hoạt tính chống oxy hóa của các tocopherol trong dầu và mỡ phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và sự hiện diện của các hợp chất nhiễm vào hệ thống. Tuy nhiên, hoạt động chống oxy hóa của các tocopherol cũng tùy thuộc vào vị trí cấu tạo: δ > β = γ >α 8
Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc Hình 1.5. Cấu trúc hóa học của các tocopherol Các hợp chất màu (pigment): Sự khác nhau về màu sắc của các loại dầu và mỡ khác nhau phụ thuộc vào lượng hợp chất màu hòa tan trong dầu. Những hợp chất màu quan trọng nhất trong dầu mỡ là carotene, chlorophyll và gossypol. - Carotene (hình 1.6) là nguồn cung cấp vitamine A - chất có hoạt tính chống oxy hóa và chống ung thư. Carotene hiện diện chủ yếu trong dầu cọ, đây chính là lý do chủ yếu làm cho dầu có màu vàng, cam hay đỏ. - Chlorophyll cũng chính là nguyên nhân tạo cho dầu có màu xanh tối không mong muốn. Điều quan trọng là sự hiện diện của chlorophyll torng dầu là nguyên nhân chủ yếu làm cho dầu rất nhạy cảm với ánh sáng quang hợp, gây nên biến đổi chất lượng. Chính vì thế, trong quá trình tinh luyện các loại dầu có chứa nhiều chlorophyll (dầu olive), quá trình khử màu nhằm loại hợp chất này rất được quan tâm. - Gossypol tạo màu đỏ nâu trong dầu hạt bông vải (cottonseed oil). Gossypol có cấu tạo là hợp chất phenol phức tạp, có mùi vị khó chịu, có tính độc. Do đó, cần tách loại hoàn toàn hợp chất này ra khỏi dầu và khô dầu. Hình 1.6. Cấu trúc hóa học của các caroten quan trọng nhất 9
Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc Hợp chất sáp: hiện diện chủ yếu trong dầu bắp và cải dầu. Về cấu tạo, sáp là ester của rược bậc một và ít thấy đối với rượu 2 chức. Sáp có nhiệt độ nóng chảy khá cao (tnc > 80oC), bền vững và rất khó tiêu hóa, sáp không có giá trị về mặt dinh dưỡng. Trong quá trình chế biến, sự tồn tại của hợp chất sáp trong dầu là nguyên nhân chủ yếu gây đục dầu. Ngay ở điều kiện nhiệt độ bình thường, chúng tồn tại ở các dạng tinh thể nhỏ li ti, trong một thời gian dài vẫn không lắng thành cặn, làm giảm giá trị cảm quan dầu. Các thông số đặc trưng của sáp được cho ở bảng 1.2. Bảng 1.2: Các thông số đặc trưng của sáp Thông số Giá trị Chỉ số idoine 11,1-17,6 Hàm lượng acid béo tự do (FFA) 2,1-7,3 % Phosphorus 0,01-0,15 % 75,3-79,9oC Điểm nóng chảy Việc tách sáp có thể được thực hiện bằng biện pháp đông hóa dầu ở nhiệt độ 5oC trước khi lọc. Hợp chất mùi gốc hydrocarbon: bao gồm các alkan, alken (squalene, hình 1.7) và các hydrocarbon đa vòng có mùi (polycyclic acromatic hydrocarbons – PAHs). Các hợp chất alkan (C31-C33) hiện diện trong dầu thô với hàm lượng từ 40-100 ppb, giảm dần sau quá trình tinh luyện. Một số hợp chất mùi như squalene có vai trò rất quan trọng trong công nghiệp mỹ phẩm. Squalene hiện diện chủ yếu trong dầu gan cá nhám góc (deep-sea dogfish, Squalus acanthus) và một số dầu cá khác; olive là dầu thực vật chủ yếu có sự hiện diện của squalene. Ngược lại, hầu hết các hydrocarbon đa vòng có mùi (PAHs) hiện diện ở hàm lượng lớn hơn 150 ppb trong hầu hết các dầu thực vật thô, chúng chỉ giảm nhẹ sau quá trình tinh luyện. Hình 1.7. Cấu trúc hóa học của squalene Vitamin hòa tan trong dầu: bên cạnh vitamin A (retinol) - hiện diện nhiều nhất ở dầu cá, trong dầu còn tìm thấy một số các vitamin khác với lượng ít hơn như vitamin D, vitamin E (α-tocopherol) và vitamin K (phytoenzymeadion). Các vitamin này rất cần thiết cho quá trình hấp thu của cơ thể người. 10
Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc 1.3. TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA DẦU MỠ 1.3.1. Tính chất vật lý - Dầu mỡ nhẹ hơn nước, tỉ trọng 0,91-0,97. Mức độ không no càng lớn thì tỉ trọng càng lớn. - Chỉ số khúc xạ 1,448-1,474 . Mức độ không no càng lớn thì chỉ số khúc xạ càng cao. - Có tính nhớt khá cao. - Tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như eter, benzen, hexan … - Điểm nóng chảy của dầu mỡ thể hiện không rõ ràng, tùy thuộc vào tính chất của nguyên liệu tạo ra dầu mỡ: Khi dây acid béo càng dài, càng no thì độ nóng chảy của triglycerid càng cao, áp suất hơi càng kém do đó có ít mùi . Dầu mỡ với cấu tạo chủ yếu là triglycerid dây ngắn (dầu dừa) thì sự thủy phân sẽ phóng thích các acid béo tự do có khối lượng phân tử nhỏ, dễ bay hơi, gây mùi khó chịu. Cùng một chiều dài, dây carbon của acid nào có chứa nhiều nối kép thì có nhiệt độ nóng chảy càng thấp. 1.3.2. Tính chất hóa học của dầu mỡ Tính chất hóa học của dầu mỡ chủ yếu do phản ứng của triglycerid, có tác động đáng kể đến sự thay đổi chất lượng sản phẩm. 1.3.1.1 Phản ứng thủy phân và xà phòng hóa Trong điều kiện thích hợp, dầu mỡ dễ bị thủy phân theo phản ứng C3H5(COOR)3 + 3H2O → 3RCOOH + C3H5(OH)3 Nếu có mặt một lượng kiềm (KOH, NaOH) thì sau phản ứng thủy phân, acid béo tác dụng với chất kiềm để tạo thành muối kiềm (xà phòng). → RCOONa + H2O RCOOH + NaOH Phương trình tổng quát: C3H5(COOR)3 +3NaOH → 3RCOONa + C3H5(OH)3 1.3.2.2 Phản ứng cộng hợp Phản ứng này có tác dụng cộng hydro vào các nối đôi trên dây carbon của acid béo với sự hiện diện của chất xúc tác thích hợp nhằm làm giảm số nối đôi trên dây carbon, làm cho dầu mỡ ổn định hơn, hạn chế được các quá trình như oxy hóa, trùng hợp của dầu mỡ. Ngoài ra, phản ứng này còn có tác dụng giữ cho dầu không bị trở mùi khi bảo quản lâu. -CH = CH - + H2 → - CH2 – CH2 – Phản ứng này có ý nghĩa thực tiễn quan trọng: đây chính là cơ sở lý thuyết cho quá trình chuyển đổi dầu từ thể lỏng sang thể rắn để sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt (margarine, shorterning…) Ngoài ra, thành phần acid béo của dầu thường chứa đồng thời acid oleic, acid linoleic, acid linolenic. Mặc dù acid linolenic có vai trò sinh học quan trọng, nhưng nó cũng là 11
Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc nguyên nhân chính gây nên sự trở mùi của thực phẩm, vì thế quá trình hydro hóa chọn lọc để giảm bớt hàm lượng acid linolenic thường được tiến hành trong công nghệ chế biến dầu. 1.3.2.3 Phản ứng đồng phân hóa Dưới tác dụng của baz hòa tan trong rượu sẽ xảy ra sự đồng phân hóa (theo cả hai kiểu đồng phân hình học và vị trí, chương 5) các nối kép trên dây carbon, làm tăng tính khô của dầu. Sự đồng phân hóa có thể thực hiện với chất xúc tác Niken, nhiệt độ 180oC, Al2O3 tăng hoạt tính. 1.3.2.4 Phản ứng với rượu Đây là phản ứng cơ bản để biến triglycerid thành ester metyl của acid béo nhằm để phân tích thành phần hóa học bằng sắc ký khí. 1.3.2.5 Phản ứng oxy hóa Những dầu mỡ có chứa nhiều acid béo không no sẽ dễ bị oxy hóa bởi oxy không khí. Đa số các phản ứng xảy ra trên các nối đôi của carbon. Dầu mỡ chứa nhiều acid béo no có ưu điểm là dễ bảo quản, ít bị biến đổi nhưng lại có hệ số đồng hóa thấp. Từ đặc tính lý hóa của dầu mỡ nói chung, các nghiên cứu về hiện tượng trở mùi của dầu mỡ khi chúng được tồn trữ trong thời gian dài đã đưa ra hai nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự biến đổi này: (i) Sự thủy phân giải phóng acid béo từ triglycerid Sự thủy phân này có thể xảy ra khi mạch carbon của triglycerid ngắn, hoặc dưới tác dụng của enzyme lipase. (ii) Sự ôi dầu do phản ứng oxy hóa hóa học Phản ứng này xảy ra dể dàng với dây triglycerid có chứa nhiều nối kép. Nó thường bắt nguồn tử phản ứng cộng oxy váo các nối kép hay xen vào Cα đối với nối kép để tạo ra các hydroperoxit. Các hydroperoxit này tiếp tục bị phân hủy để cho ra các sản phẩm sau cùng như các hợp chất carbonyl, aldehyd, aceton, alcohol. Tổng quát : Aldehyd Ceton Acid Chất béo + O2 ⇒ hydroperoxit ⇒ Ester Alcohol Việc tìm ra nguyên nhân gây biến đổi mùi trong quá trình bảo quản có ý nghĩa thực tế rất quan trọng, đây chính là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm làm thay đổi đặc tính dầu mỡ như ester hóa nội phân tử, hydrogen hóa…(chương 5). 12
Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc 1.4. PHÂN LOẠI DẦU MỠ THỰC PHẨM Dầu và mỡ thực phẩm có thể được phân thành nhiều loại dựa vào thành phần và tính chất của các acid béo. Có thể chia dầu mỡ thành 9 nhóm chủ yếu: 1.4.1. Nhóm chất béo sữa Chất béo thuộc nhóm này có nguồn gốc từ sữa động vật. Chất béo sữa có cấu tạo chủ yếu từ các acid béo mạch ngắn, không có nối đôi (C4:0, C6:0 và C8:0). Ngoài ra, trong chất béo sữa vẫn có sự hiện diện của các acid béo bão hòa mạch dài (C16:0 và C18:0) và acid béo không bão hòa có một nối đôi (C18:1). Do sự hiện diện đa dạng của các loại acid béo này mà chất béo sữa thường có điểm nóng chảy thấp, khoảng nhiệt độ nóng chảy rộng, thành phần triglycerid phức tạp hơn so với dầu thực vật. Với hầu hết các động vật, acid béo tồn tại chủ yếu ở dạng trans-. Chất béo sữa được sử dụng chủ yếu làm nguồn thức ăn cho người do giá thành cao. 1.4.2. Nhóm acid lauric (dầu dừa và dầu hạt cọ) Nhóm chất béo này có tính chất rất khác biệt so với các loại dầu khác do sự hiện diện với mức độ cao của acid lauric (40-50% C12:0), kế đến là acid myristic và các acid béo bão hòa có 8,10 và 14 C. Điểm đặc trưng của nhóm này là sự hiện diện ở tỷ lệ rất thấp các acid béo không bão hòa, tương ứng với điểm nóng chảy rất thấp. Mặc dù vậy, nhóm dầu dừa và dầu cọ vẫn được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm và trong chế biến margarine. 1.4.3. Nhóm bơ thực vật (bơ cacao) Nhóm chất béo này có thành phần triglycerid và acid béo rất đặc biệt: chủ yếu từ các acid béo không no có 1 nối đôi như C18:1, C20:1, C24:3. Bơ thực vật có giá trị kinh tế cao, sử dụng chủ yếu trong chế biến chocolate và kẹo. 1.4.4. Nhóm mỡ động vật (mỡ heo) Mỡ động vật được cấu tạo chủ yếu từ acid béo C16:0, C18:0 và các acid béo có mức độ không bão hòa trung bình. Nhóm chất béo này chứa một tỷ lệ mong muốn của triglycerid bão hòa hoàn toàn, tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của nó là sự hiện diện ở mức độ rất thấp các acid béo không bão hòa. 1.4.5. Nhóm dầu cá (dầu cá và dầu gan cá) Dầu cá được tạo thành từ các acid béo không no có mạch carbon dài (chứa ít nhất 6 liên kết đôi). Chất lượng dầu cá cao, tuy nhiên nó là loại dầu có giá thành thấp nhất do khả năng bảo quản thấp:dầu cá không có tính ổn định, dễ biến đổi do quá trình oxy hóa nối đôi và phát sinh mùi không mong muốn. 13
Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc 1.4.6. Nhóm acid oleic và acid linoleic (dầu olive, dầu cọ, dầu bắp, dầu hướng dương) Đây là nhóm dầu hiện diện phổ biến nhất. Acid béo tạo nên dầu nhóm này chủ yếu là C18:1 và C18:2. Lượng acid béo bão hòa trong nhóm dầu này chỉ chiếm tối đa 20%. 1.4.7. Nhóm acid linolenic (dầu đậu nành, dầu hạt lanh) Đặc điểm quan trọng của dầu đậu nành và dầu hạt lanh là sự hiện diện ở hàm lượng cao acid linolenic (C18:3). Do mức độ không bão hòa cao, các dầu này rất nhạy cảm với các chất oxy hóa, điều này dẫn đến các biến đổi không mong muốn về mùi và vị. Ngoại trừ dầu đậu nành, dầu hạt lanh không được sử dụng phổ biến cho chế biến thực phẩm. 1.4.8. Nhóm acid erulic (C22:1) Dầu thuộc nhóm này có hàm lượng cao (40-50%) acid erulic (C22:1), hiện diện chủ yếu trong hạt bông vải. Một số giả thiết cho rằng một số các biến đổi sinh lý không mong muốn trong cơ thể người do sự tham gia của acid erulic. Chính vì thế, việc nghiên cứu tìm các loại nguyên liệu cho dầu có hàm lượng erulic thấp vẫn được quan tâm. 1.4.9. Nhóm hydroxy acid Các nghiên cứu cho thấy, nhóm hydroxy acid chỉ hiện diện trong dầu hải ly (castor oil): triglycerid của glycerin chủ yếu (90%) với acid ricinoleic (12-hydroxyoctadec-9- enoic acid). Dầu hải ly không được sử dụng cho chế biến thực phẩm. 14
Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU CHẾ BIẾN DẦU MỠ 2.1. HẠT CHỨA DẦU (SEED OILS) Đặc điểm quan trọng của hạt dầu là độ ẩm thấp, ngăn cản sự biến đổi cơ học và sự phá hủy của côn trùng. Dựa vào ưu điểm này, dầu thường không được tách chiết sớm ra khỏi hạt dầu mà sẽ được bảo quản trong hạt nhằm ngăn cản các biến đổi không mong muốn của dầu thô. Hầu hết các hạt rau quả… đều chứa dầu nhưng chỉ những nguyên liệu có hàm lượng dầu cao mới được sử dụng trong quá trình sản xuất dầu. Tuy nhiên, một số các hạt lại có khả năng sử dụng cho trích ly dầu là thành phần loại ra của quá trình sản xuất một sản phẩm khác (hạt cà chua trong chế biến nước cà chua hay hạt nho trong sản xuất rượu vang). Nhược điểm của việc sản xuất dầu từ hạt dầu là: Dầu trong hạt dầu không nằm ở dạng tự do, bên ngoài mà được nhốt trong các khe vách bên trong tế bào, quá trình tách chiết dầu không thể tiến hành trực tiếp mà phải qua các khâu chuẩn bị phức tạp. Một số hạt có hàm lượng dầu cao nhưng quá trình trích ly dầu có thể kèm theo sự giải phóng một số hợp chất không mong muốn, khó phân tách khỏi dầu. Một số hạt dầu sử dụng phổ biến trong quá trình sản xuất dầu: 2.1.1. Dầu dừa Thu được từ cơm dừa khô (Cocos nucifera, họ Palmae.). Cây dừa có thể trồng và phát triển ở vùng vành đai từ 20o vĩ Bắc đến 20o vĩ Nam của xích đạo, nhiệt độ thích hợp cho quá trình phát triển là 30oC. Chính nhờ vào nhiệt độ cao của những vùng trồng dừa, người ta có thể sử dụng ánh nắng mặt trời cho quá trình làm khô cơm dừa, ngoài ra, nguồn nhiên liệu từ vỏ dừa cũng được tận dụng- đây chính là nguyên nhân làm cho dầu dừa thường chứa các hợp chất hydrocarbon đa vòng. Dầu dừa thuộc nhóm acid lauric. Nhờ vào khối lượng phân tử của triglycerid ở mức trung bình, dầu dừa có nhiệt độ nóng chảy thấp (24-27oC). Ngoài ra, mức độ không bão hòa trong dầu dừa thấp (
Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc 2.1.4. Bơ cacao Đây là loại bơ thực vật quan trọng nhất. Bơ cacao có màu vàng nhạt, thu được từ hạt của cây cacao nhiệt đới Theobroma cacao (họ Stercuiliaceae). Bơ cacao có mức độ acid béo bão hòa cao, do đó bơ cacao có thể đông đặc ở ngay nhiệt độ thường (30- 35oC). 2.1.5. Các loại bơ thực vật khác Nhóm này chỉ chiếm một lượng nhỏ và được sử dụng như chất thay thế bơ cacao (cocoa butter equilivalent – CBE): (i) Mỡ bomeo (Bomeo tallow; illipe butter): được tách chiết từ cây Shorea stenoptera ở Malaysia. Bomeo tallow còn được gọi là “bơ xanh” do sản phẩm có màu xanh nhạt. Loại bơ này có tính chất gần giống với bơ cacao nhất khi so sánh với các loại bơ khác. (ii) Bơ shea: thu được từ cây hạt mỡ ở Tây phi (Butyrospermum parkii), có mức độ acid béo không bão hòa cao hơn khi so sánh với bơ cacao. Việc phân tách tạo stearin từ bơ shea này có thể tạo ra sản phẩm thay thế bơ cacao (CBE). 2.1.6. Dầu hướng dương Được chiết tách từ hạt cây hướng dương (Helianthus annuus L., họ Compositae). Hướng dương thường sống ở những vùng khí hậu ôn hòa như Mỹ, Châu Âu và Trung Quốc. Việc trồng và chế biến các sản phẩm từ hướng dương được phát triển mạnh trong suốt 25 năm qua nhờ vào sự hiện diện ở hàm lượng cao của acid linoleic – thành phần dinh dưỡng quan trọng cho cơ thể. Trong quá trình tách chiết dầu, hạt hướng dương thường phải trải qua quá trình xử lý sơ bộ nghiêm ngặt, xay xát loại bỏ lớp vỏ bên ngoài hạt nhằm làm giảm tối đa thành phần sáp hiện diện trong dầu sau quá trình thu hồi. Dầu hướng dương có thể thu được bằng cả hai biện pháp: ép bằng sức nước và trích ly. Quá trình tinh luyện dầu hướng dương là khâu đặc biệt quan trọng nhằm loại bỏ các thành phần không mong muốn có mặt trong dầu do quá trình trích ly hay ép. Dầu hướng dương thuộc nhóm acid oleic-linoleic, chứa hơn 85% acid béo không bão hòa, trong đó hơn 2/3 là acid linoleic (C18:2). Điểm đông đặc của dầu hướng dương là -15oC, chỉ số iod từ 110-145. Sau quá trình trích ly, trong khô hay bã dầu hướng dương còn chứa khoảng 40-45% protein – đây là nguồn thích hợp cho việc chế biến thức ăn gia súc. 2.1.7. Dầu cây rum (Safflower) Được sản xuất nhờ quá trình ép hay trích ly hạt cây rum Carthamus tinctorius L. (họ Compositae). Loại cây này có nguồn gốc chủ yếu từ Ai cập, Đông Á và một số vùng phía tây Hoa Kỳ, sau đó được phát triển với một thời gian dài ở nhiều nơi nhằm phục vụ cho việc sản xuất dầu. Ngày nay, vai trò quan trọng của cây rum đã thay đổi đáng kể, nguyên nhân chủ yếu do sự phát minh ra màu aniline; đồng thời màu dầu sậm, 16