Giáo trình công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm

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 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn Công nghệ chế biến dầu thực phẩm Trần Thanh Trúc i 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 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn Công nghệ chế biến dầu thực phẩm Trần Thanh Trúc ii 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 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn Công nghệ chế biến dầu thực phẩm Trần Thanh Trúc iii 6.3. Shortening.................................................................................................................................95 6.4. Mayonaise .................................................................................................................................96 6.5. Dầu chiên ..................................................................................................................................98 6.6. Dầu salad...................................................................................................................................99 TÁI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................................100 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc 1 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 . Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc 2 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- Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc 3 - 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 (theo hệ thống IUPAC) Acid béo (tên thông thường) Chiều dài mạch C (Cx:y,ωm) Nhiệt độ nóng chảy (oC) 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 9-Octadecanoic Oleic 18:1ω9 13,0 9-trans-Octadecanoic Elaidic 18:1ω9 36,0 13-Docosenoic Erucio 22:1ω9 33,5 9,12-Octadecadienoic Linoleic 18:2ω6,9 -3,0 9,12,15-Octadecatrienoic α-Linolenic 18:3ω3,6,9 -11,9 5,8,11,14-Eicosatetraenoic Arachidonic 20:4ω6 5,8,11,14,17-Eicosapentanoic EPA 20:5ω3 4,7,10,13,16,19- Docosahexaenoic DHA 20:6ω3 - 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 Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn 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 18:2ω9 18:3ω6 18:4ω3 loại bão hòa (desaturase) kéo dài mạch (elongase) 20:2ω9 20:3ω6 20:4ω3 20:3ω9 20:4ω6 20:5ω3 loại bão hòa (desaturase) kéo dài mạch 22:4ω :5ω3 24:5ω3 loại bão hòa 24:6ω3 22:5ω :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 đ béo không bão hòa mạch dài này được xem là một trong những a các hợp chất có đặc tính s cholesterol trong cơ thể n các hợp chất như protagl một số chức năng sinh lý. sự phát triển, là hợp chất hợp chất cấu trúc cần thiết Sư ã cho thấy các acid cid béo cần inh học (eic gười. Acid a andin, throm Thêm vào đ căn bản cho của phosph u tầm bởi: w 6 22 o6 224 thiết và quan trọng nhất nhờ vào sự hình thành osanoid) của chúng, giúp vô hoạt khả năng sinh rachidonic được chuyển đổi nhờ enzyme thành boxan, leukotrien giúp cơ thể người thực hiện ó, các acid béo này còn có vai trò cần thiết cho việc thành lập thành tế bào cũng như hình thành lipid. ww.daihoc.com.vn Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm Trần Thanh Trúc 5 - 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.