Giới thiệu về lịch sử mùi
Trước 1800
Trong lịch sử, gia vị chủ yếu được sử dụng để nâng cao hương vị thực phẩm, với nhiều loại thảo mộc và gia vị được trồng trên toàn thế giới, nhưng quan trọng nhất đến từ khu vực phía Đông, đặc biệt là Ấn Độ, đảo Tích Lan và các đảo gia vị như Sumatra, Java, và Bali Việc sử dụng gia vị và công nhận giá trị của chúng có thể được truy nguyên từ thời Kinh Thánh, với ví dụ nổi bật là loài thực vật bản địa Australia mang tên Nữ hoàng Sheba, cung cấp gia vị cho vua Sa-lô-môn.
Công nghệ gia vị đã phát triển chậm rãi, bắt đầu từ việc sử dụng nguyên liệu thô không tinh chế Đến thế kỷ 18, một số loại mùi hương được chiết xuất qua phương pháp chưng cất tinh dầu, đánh dấu bước tiến quan trọng trong ngành này.
Ngành công nghiệp hương vị ra đời vào thế kỷ 19, được hình thành từ kỹ thuật khai thác tự nhiên của Scheele và tổng hợp hóa học hữu cơ Đến giữa thế kỷ 19, ngành này đã phát triển mạnh mẽ, với hầu hết các doanh nghiệp hiện nay bắt nguồn từ khoảng 140 năm trước Từ năm 1850 đến đầu những năm 1900, các hương vị chủ yếu được tạo ra từ một chất hóa học duy nhất, và hương vị tinh chiết thời bấy giờ thường được kết hợp từ ba hoặc bốn thành phần, lựa chọn từ 50 chất hóa học có sẵn Đặc biệt, hơn 90% nguyên liệu thô cho hương vị đều có nguồn gốc tự nhiên.
Vào những năm 1930 và 1940, ngành công nghiệp hương vị chứng kiến sự bùng nổ với sự phát triển mạnh mẽ của hương vị nhân tạo nhờ vào khả năng tổng hợp hóa chất với chi phí hợp lý Một số nhà sản xuất tin rằng họ đã đạt đến đỉnh cao của sự sáng tạo, trong khi những người khác kiên trì tìm kiếm những hương vị mới mẻ, tận dụng công nghệ hiện có để mở ra những bước tiến mới Điều này đã dẫn đến một kỷ nguyên mới trong ngành công nghiệp hương vị, được gọi là thời kỳ phân tích.
Các tinh dầu nguyên chất
Thuật ngữ “tinh dầu nguyên chất” có nguồn gốc từ Paraceisus Von Hohenheim (1493-1541), người đã khẳng định rằng đây là những loại tinh dầu được khai thác tốt nhất Các loại tinh dầu thơm và dạng mỡ thơm được bán ở các quốc gia cổ đại như Phương Đông, Hy Lạp và Rome thực chất không phải là tinh dầu tự nhiên Chúng được sản xuất bằng cách ngâm hoa, rễ, và các nguyên liệu khác trong dầu Quá trình chưng cất đã được biết đến từ thời Trung cổ, khi sản xuất các loại dầu cần thiết bắt đầu được thực hiện quy mô lớn.
Vào nửa sau thế kỷ 16, việc sản xuất và sử dụng các loại tinh dầu trở nên phổ biến, chủ yếu nhờ vào sự xuất bản của cuốn sách "Liger Arte Distillandi" của Brunschwig vào năm 1500.
1507) Các loại tinh dầu được sử dụng chủ yếu bởi các dược sĩ Đến thế kỷ 19 chúng đã trở thành một yếu tố trong ngànhcông nghiệp hương vị.
Sau 1800
Hóa học tiến triển từ khi “phương pháp của các nhà giả kim” khi đó khoa học phát triển chậm nhưng ổn định.
Năm 1807, Berzelius tại Stockholm đã lần đầu tiên đề cập đến các nghiên cứu trước đây như "hóa học hữu cơ" và được coi là cha đẻ của khái niệm "vital force" Tiếp theo, Wohler từ Đức đã trở thành cha đẻ của hóa học hữu cơ tổng hợp và là nhà khoa học đầu tiên bác bỏ giả thuyết về "vital force" bằng việc thành công trong việc tổng hợp urê.
Từ năm 1847, Butêrốp đã tiến hành nghiên cứu về thành phần tinh dầu long não, tách campho ra khỏi tinh dầu này và khám phá tính chất cũng như cấu tạo của nó Luận án tiến sĩ của ông tập trung vào hóa học tinh dầu, góp phần quan trọng vào lĩnh vực nghiên cứu này.
Năm 1858, vani lần đầu tiên được kết tinh từ một chiết xuất cồn đậu vanilla bởi Gobley.
Năm 1859, Methyl salicylat đã tạo ra benzaldehyde nhân tạo và năm 1870 thì tinh dầu bơ hạnh nhân được tổng hợp bằng công nghiệp hóa chất cho mùi tráicây
Năm 1872, Charles phát triển công thức thực nghiệm của mình, và đến năm 1874, Tieman cùng Haarman đã báo cáo cấu trúc của vanillin, sau đó Reimer xác nhận bằng cách tổng hợp vanillin từ guaiacol Vanillin là một hợp chất thơm quan trọng, thường được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm.
Năm 1880, Vanlac đã tiên phong trong việc phát triển hóa học tinh dầu, đề xuất phương pháp phân loại các cấu tử tinh dầu, góp phần quan trọng vào sự tiến bộ của ngành này.
Vatne đã nghiên cứu cấu tạo của các hydrocacbon - rượu, đặc biệt là cơ chế phản ứng đồng phân hóa của campten và socamphen, và gọi đó là phản ứng chuyển vị Vatne.
Khoảng những năm 1950, ngành công nghiệp thực phẩm là thị trường lớn nhất cho các hương vị, tìm ra nhiều vị tốt hơn và hương vị phức tạp hơn
Tổng hợp tự nhiên các hương vị trái cây hiện đang gặp nhiều khó khăn Một số công ty hương vị tiên tiến đang áp dụng kỹ thuật sắc ký mới Giai đoạn đầu của ứng dụng này mang lại hy vọng rằng những bí mật của thiên nhiên sẽ được khám phá Họ tin rằng thực phẩm có thể được phân tích qua sắc ký khí, từ đó tiết lộ bí mật về hương vị mà mẹ thiên nhiên đã giấu kín.
Trong những năm 1960 và 1970, sự ra đời của các công cụ phân tích mới đã làm gia tăng đáng kể sự đa dạng hương vị trên thị trường, với số lượng hợp chất hương thơm được xác định tăng từ vài chục vào đầu thế kỷ 20 lên gần 500 vào năm 1963 Thời kỳ này được xem là thời kỳ hoàng kim của ngành công nghiệp hương vị, khi hơn 75% doanh nghiệp sản xuất hương vị nhân tạo Ngành công nghiệp này không chỉ mang lại lợi nhuận cao cho các nhà đầu tư mà còn thu hút sự quan tâm ngày càng nhiều Trong những năm 1950, khoảng 90% chất mùi được sử dụng là tổng hợp từ các hóa chất, nhưng đến những năm 1980 và 1990, hương vị tự nhiên đã chiếm khoảng 70% hỗn hợp, cho thấy xu hướng ngày càng ưa chuộng chất mùi thực phẩm tự nhiên Ngành công nghiệp hương vị hiện nay hoạt động hiệu quả, đặc biệt là với các doanh nghiệp nhỏ đến vừa, nhờ vào việc áp dụng công nghệ mới để đạt được những đỉnh cao mới.
Khái niệm
Chất mùi trong thực phẩm là một thuộc tính cảm quan quan trọng, có tác động sinh lý rõ rệt đến cơ thể Chúng ảnh hưởng đến hệ tuần hoàn, nhịp tim, nhịp thở, hô hấp, tiêu hóa, thính giác, thị giác và xúc giác Do đó, trong sản xuất thực phẩm, các kỹ thuật bảo vệ chất thơm tự nhiên và điều khiển phản ứng tạo ra hương thơm mới được áp dụng để nâng cao chất lượng sản phẩm.
Chất mùi trong thực phẩm là sự kết hợp hài hòa giữa nguyên liệu thiên nhiên và tổng hợp, với mỗi nguyên liệu có lưu lượng bay hơi đặc trưng Thời gian bay hơi của các chất mùi có thể kéo dài từ vài phút đến nhiều ngày, ảnh hưởng đến độ bền của hương vị trong thực phẩm Những chất mùi này có thể được chiết xuất từ nguyên liệu cơ bản hoặc tổng hợp, và mỗi loại hương liệu đều mang một mùi hương đặc trưng riêng.
Có những thực phẩm cùng nguyên liệu, cùng dây chuyền nhưng mùi hương khác nhau sẽ tạo nên tính đa dạng chi sản phẩm.
Chất mùi là các hợp chất tự nhiên từ thực vật hoặc động vật, mang lại hương thơm đặc trưng Chúng được chiết xuất từ nhiều bộ phận của cây như hạt, thân, lá, mầm hoặc vỏ cây, cũng như từ trái cây Thông thường, mọi người sử dụng các hương liệu này như gia vị trong thực phẩm để tăng cường hương vị.
Một số loại lá thực vật như lá tắc châu Phi, rau mùi, rau thì là và cây tiểu hồi hương có mùi thơm đặc trưng Những loại lá này được sử dụng phổ biến trong chế biến thực phẩm, mang lại hương vị đặc sắc cho món ăn.
Mầm non là nguyên liệu quan trọng ở vùng Viễn Đông, nơi người dân phơi khô những quả nhục quế chưa chín để chế biến thuốc và làm đồ chua Ngoài ra, mầm non còn được sử dụng để lấy hương liệu từ đinh hương.
Dầu thơm được chế tạo từ các bộ phận của cây được chọn lựa kỹ lưỡng, sau đó trải qua quá trình chưng cất để đạt được sản phẩm chất lượng Nhu cầu sử dụng dầu thơm trong ngành gia công thực phẩm ngày càng tăng cao.
Thân cây như củ dong, gừng và riềng thường được sử dụng làm thực phẩm Ngoài ra, nghệ không chỉ mang lại hương vị đặc trưng mà còn cung cấp màu sắc cho món ăn.
Hạt thực vật là nguồn gốc chính của nhiều hương liệu đặc trưng, bao gồm hạt đậu khấu, hạt thì là, hạt rau mùi, hạt tiểu hồi hương và hạt giới tử Những hương liệu này nổi bật với hương vị độc đáo và là đặc sản của vùng thung lũng Địa Trung Hải.
Khi người tiêu dùng mô tả một hương vị, tất cả các giác quan của họ đều được kích hoạt Sự diễn đạt về hương vị có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố quan sát như màu sắc, hình dáng và sự xuất hiện của sản phẩm Cảm giác chạm và âm thanh cũng góp phần vào nhận xét về hương vị và mùi của sản phẩm Chuyên gia cảm quan cố gắng loại bỏ sự tác động của các giác quan khác để tập trung vào hương vị và mùi Theo định nghĩa của Hall, hương vị là sự kết hợp của các đặc tính của vật phẩm khi đưa vào miệng, chủ yếu được cảm nhận qua vị giác và khứu giác, cùng với các cơ quan cảm giác trong miệng, và cuối cùng được bộ não tiếp nhận và giải mã.
Hiệp hội các nhà hóa học hương vị, thành lập vào năm 1969, đã định nghĩa chất mùi như một chất có thể là một thực thể hóa học đơn lẻ hoặc một hỗn hợp các chất có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp Chất mùi chủ yếu được sử dụng để tạo ra cảm giác mùi đặc trưng cho thực phẩm hoặc các sản phẩm khác khi thưởng thức trong miệng.
Tổ chức quốc tế của ngành công nghiệp hương vị (IOFI) định nghĩa hương vị từ góc độ ngành công nghiệp, nhấn mạnh rằng hương vị là sự chuẩn bị có hoặc không có dung môi hoặc chất để truyền đạt hương vị, ngoại trừ các sở thích đơn giản như mặn, ngọt hoặc axit Hương vị không được coi là sản phẩm tiêu thụ trực tiếp.
Phân loại mùi
Theo Tổ chức quốc tế Công nghiệp chất thơm (IOFI) năm 1976, hương liệu được xem là phụ gia thực phẩm, nhưng được phân loại vào nhóm riêng với các quy định cụ thể Hương liệu cũng được chia thành các nhóm nhỏ để quản lý và sử dụng hiệu quả hơn.
Nguyên liệu có hương thơm tự nhiên được chiết xuất từ các nguồn động vật hoặc thực vật, phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng của con người Ví dụ như các loại cây cỏ thơm, gia vị, lá thơm và củ thơm, mang lại hương vị và mùi thơm đặc trưng cho các sản phẩm.
Chất thơm tự nhiên là những hợp chất được chiết xuất từ nguyên liệu có hương thơm tự nhiên thông qua các phương pháp lý học như chưng cất và chiết tách tinh.
Hương thơm tự nhiên là sự kết hợp của các chất thơm được chiết xuất từ nguyên liệu tự nhiên qua quá trình cô đặc bằng các phương pháp lý học, chẳng hạn như nước quả.
Chất tương tự như chất thơm tự nhiên là các hợp chất hóa học được tổng hợp hoặc chiết xuất từ nguyên liệu có hương thơm tự nhiên thông qua các phương pháp hóa học Những chất này có tính chất hóa học tương tự như các chất thơm tự nhiên có trong nguyên liệu động vật hoặc thực vật Chẳng hạn, vanillin được sản xuất từ lignin trong gỗ có cấu trúc hóa học giống như vanillin chiết xuất từ hạt vanila.
Chất thơm nhân tạo là các hợp chất được tổng hợp qua phương pháp hóa học, nhưng có tính chất hóa học khác biệt so với các chất thơm tự nhiên có nguồn gốc từ động vật hoặc thực vật, như ethyl vanillin và allyl hexanoate Tại Mỹ, các chất mùi thực phẩm được phân chia thành hai nhóm chính.
Hương thơm tự nhiên: các chất chiết tách từ thực vật và động vật
Hương thơm nhân tạo được tạo ra từ các chất thu được qua phương pháp hóa học, thường là các ester mang mùi hương của hoa quả tự nhiên Ví dụ, amilic axetat mang hương chuối chín, ethyl butyrat có mùi dứa, và γ-undeca lacton mang hương đào.
Có rất nhiều cách phân loại mùi khác nhau Sau đây là một số cách phân loại mùi phổ biến:
Phân loại theo nguồn gốc:
Tinh dầu (essential oil): lỏng, kỵ nước, cô đặc chứa hợp chất thơm chiết xuất từ thực vật.
Nhựa thơm (myhrr, frankincense): nhựa (dạng quánh đặc) có mùi thơm chiết ra từ thực vật khi bị cắt.
Xạ hương (musk): chất thơm chiết ra từ các cơ quan (tuyến mùi, tuyến tiêu hóa) của động vật (đực).
Chất mùi bán tổng hợp (semi-synthetic aroma compound): nguồn gốc tự nhiên chuyển thành các chất mùi khác nhau bằng phản ứng hóa học.
Chất mùi tổng hợp ( synthetic aroma compound): tổng hợp từ nhựa than đá/ sản phẩm dầu mỏ thay thế chất mùi tự nhiên đắt tiền.
Phân loại theo tính chất cảm quan:
Chất tạo hương vị (flavor): chất vừa tạo ra cảm giác vừa có mùi vừa có vị.
Chất tạo hương thơm (fragrance): chất chỉ tạo ra cảm giác mùi.
Phân loại theo bản chất hóa học: 8 loại cơ bản
Terpene (mạch hở hay mạch vòng)
Hợp chất vòng thơm (Arene)
Lactone (là các ester vòng của các acid carboxylic)
Vai trò của chất mùi trong thực phẩm
Vai trò
Hương thơm là một tính chất cảm quan quan trọng của thực phẩm, có tác động sinh lý rõ rệt đến hệ tuần hoàn, nhịp tim, hô hấp, tiêu hóa, và các giác quan như thính giác, thị giác, và xúc giác Trong sản xuất thực phẩm, việc bảo vệ các chất thơm tự nhiên và điều khiển phản ứng tạo ra hương thơm mới là rất cần thiết.
Thông thường, người ta thực hiện một trong ba biện pháp sau để tạo cho s ản phẩm có hương thơm:
Chất thơm dễ bay hơi và không bền, do đó cần sử dụng các biện pháp kỹ thuật và thiết bị phức tạp để thu hồi các chất thơm đã bị tách ra trong quá trình gia nhiệt Những phương pháp này giúp giữ lại và hấp thụ lại các chất thơm tự nhiên từ nguyên liệu ban đầu vào thành phẩm.
Chưng cất và cô đặc các chất thơm tự nhiên từ nguồn nguyên liệu giàu hương liệu, sau đó sử dụng những chất thơm này để bổ sung vào các sản phẩm thực phẩm khác nhau.
Tổng hợp các chất thơm nhân tạo có mùi thích ứng để cho vào các sản phẩm thực phẩm.
Vài nét về mùi
Trong số hơn hai triệu chất hữu cơ, có khoảng 400.000 chất có mùi, với mỗi chất thường mang một mùi đặc trưng riêng Mùi hương của các chất này được xác định bởi các nhóm nguyên tử đặc biệt gọi là nhóm mang mùi Tuy nhiên, việc tăng số lượng nhóm mang mùi trong một phân tử không chỉ không làm tăng cường độ mùi mà còn có thể làm yếu đi hoặc thậm chí làm mất hoàn toàn mùi hương.
Những nhóm mang mùi cơ bản thường là nguyên tử O, S, N, P, As, Se Các nhóm mang mùi hữu cơ là: ≡ C-OH.
Mùi hương có thể được tăng cường hoặc làm yếu bằng cách thêm một mùi khác, tạo ra sự bất ngờ Ví dụ, mùi xạ hương của trinitrobutyltoluen sẽ hoàn toàn biến mất khi kết hợp với một lượng nhỏ quynin sulfat, một chất không có mùi.
Khi phối hợp mùi cao su, iot, long não và gỗ bá hương, chúng sẽ triệt tiêu hoàn toàn lẫn nhau Mùi vani để trong lạnh sẽ biến mất sau vài phút, nhưng nếu thêm một chút cumarin, hương vani sẽ kéo dài lâu hơn.
Các chất có cấu tạo và tính chất tương tự nhau có thể mang mùi khác nhau Ví dụ, eugenol và dihydroxyeugenol chỉ khác nhau ở phần mạch bên trong công thức hóa học của chúng.
Eugenol là thành phần chính trong dầu đinh hương, mang lại mùi hương đặc trưng mạnh mẽ, trong khi dihydroxyeugenol gần như không có mùi Vanilin và izovanilin chỉ khác nhau về vị trí của nhóm thế, tạo nên sự khác biệt trong hương vị.
Nhưng vanillin là hương liệu nổi tiếng nhất có mùi dễ chịu, còn izovanilin chỉ bắt đầu có mùi khi đun sôi
Các chất khác nhau có thể có mùi giống nhau, ví dụ như công thức của xạ hương và các chất thay thế không giống nhau nhưng lại cho ra mùi tương tự Đôi khi, mùi hương còn phụ thuộc vào nồng độ của chất trong không khí Chẳng hạn, ionon có mùi giống bá hương khi ở nồng độ cao, nhưng khi loãng lại mang mùi cây hoa tím.
Nhiều hiện tượng liên quan đến mùi vẫn chưa được giải thích rõ ràng do thiếu hiểu biết đầy đủ về cách thức hoạt động của khứu giác và nguyên nhân khiến một chất có mùi.
Các mùi tự nhiên
Tính chất chung của tinh dầu
Tinh dầu thường có độ hòa tan rất ít trong nước nhưng lại hòa tan nhiều trong rượu đậm đặc Độ hòa tan của hai chất lỏng tỷ lệ thuận với độ cực của phân tử chúng Khi đầu tích điện dương của một phân tử gần đầu tích điện âm của phân tử khác, chúng sẽ hút lẫn nhau và kết hợp thành các phân tử mới Rượu etylic, với hằng số điện môi lớn, là dung môi có cực mạnh, cho phép hòa tan trong nước ở mọi tỷ lệ và hòa tan nhiều chất hữu cơ, bao gồm cả các thành phần của tinh dầu Dưới tác động của oxy, các hợp chất không no trong tinh dầu có thể bị oxy hóa, tạo ra mùi nhựa đặc trưng.
Mùi thơm của tinh dầu chủ yếu được xác định bởi các hợp chất như este, phenol, aldehyt, xeton và những hợp chất hữu cơ khác Những chất này thường chỉ chiếm khoảng 10% tổng lượng tinh dầu, trong khi 90% còn lại là các chất đệm, trong đó sesquiterpen là chất ổn định quan trọng.
Ý nghĩa chất mùi trong thực phẩm
Hương thơm là một yếu tố cảm quan quan trọng của thực phẩm, có tác động rõ rệt đến sinh lý con người, bao gồm nhịp tim, hệ tuần hoàn, hô hấp, tiêu hóa, và các giác quan khác Do đó, trong công nghệ thực phẩm, việc bảo quản hương thơm và kiểm soát các phản ứng hóa học để tạo ra hương liệu mới là rất cần thiết.
Các biện pháp kĩ thuật để tạo ra sản phẩm có hương thơm
Thu hồi chất thơm bị tách ra trong quá trình gia nhiệt (đun hoặc cô đặc) giúp giữ lại và hấp thu trở lại các chất thơm tự nhiên có trong nguyên liệu ban đầu, đảm bảo chất lượng thành phẩm.
Chưng cất và cô đặc các chất thơm tự nhiên từ nguồn nguyên liệu giàu hương liệu, sau đó sử dụng những chất thơm này để bổ sung vào các sản phẩm thực phẩm đa dạng.
Tổng hợp các chất thơm nhân tạo có mùi thích ứng để cho vào các sản phẩm thực phẩm.
Định nghĩa
Trích ly là quá trình hòa tan và chọn lọc các thành phần trong nguyên liệu thông qua việc tiếp xúc với dung môi Quá trình này diễn ra dựa trên sự chênh lệch nồng độ của các cấu tử giữa nguyên liệu và dung môi.
Bản chất của quá trình trích ly
Trích ly là quá trình tách chất tan ra khỏi chất lỏng hoặc chất rắn bằng dung môi Khi tách chất hòa tan trong chất lỏng bằng một chất lỏng khác, quy trình này được gọi là trích ly lỏng – lỏng Ngược lại, nếu tách chất hòa tan trong chất rắn bằng chất lỏng, thì được gọi là trích ly rắn – lỏng.
Vai trò và ý nghĩa của phương pháp trích ly
Trích ly là một quy trình quan trọng trong ngành công nghiệp hóa học, đóng vai trò then chốt trong sản xuất các sản phẩm có giá trị Phương pháp này ngày càng được ưa chuộng vì hiệu quả kinh tế cao hơn so với phương pháp ép và khả năng tự động hóa tốt Trích ly giúp tối ưu hóa lượng dầu thu được từ nguyên liệu, với hàm lượng dầu còn lại trong bã chỉ khoảng 1 đến 1,8%, thấp hơn nhiều so với 5 đến 6% của phương pháp thủ công Trong thực tế, hai phương pháp ép và trích ly thường được kết hợp để đạt hiệu quả tối ưu Mặc dù trích ly có khả năng khai thác các loại dầu với hàm lượng thấp và năng suất lớn, nhưng chi phí cao của dung môi và sự phân tán của nguồn nguyên liệu vẫn là rào cản khiến phương pháp này chưa được áp dụng rộng rãi trong nước.
Cơ sở lý thuyết của phương pháp trích ly
Độ hòa tan của hai chất lỏng phụ thuộc vào hằng số điện môi; nếu hai chất có hằng số điện môi gần nhau, khả năng tan lẫn sẽ cao hơn Dầu có hằng số điện môi khoảng 3 đến 3,2, trong khi các dung môi hữu cơ có hằng số điện môi từ 2 đến 10, cho phép sử dụng dung môi hữu cơ để hòa tan dầu trong nguyên liệu Trích ly dầu là phương pháp sử dụng dung môi hữu cơ để hòa tan dầu có trong nguyên liệu rắn dưới điều kiện xác định Quá trình trích ly chủ yếu là quá trình khuếch tán, bao gồm khuếch tán đối lưu và khuếch tán phân tử Dung môi dùng để trích ly dầu thực vật cần phải đáp ứng các yêu cầu nhất định.
- Có khả năng hòa tan dầu theo bất cứ tỉ lệ nào và không hòa tan các tạp chất khác có trong nguyên liệu chứa dầu
- Có nhiệt độ sôi thấp để dễ dàng tách ra khỏi dầu triệt để
- Không độc, không ăn mòn thiết bị, không gây cháy nổ vơi không khí, phổ biến và rẻ tiền.
Tuy nhiên, không có loại dung môi nào đạt được tất cả yêu cầu trên
Trong ngành công nghiệp trích ly dầu thực vật, các dung môi thường được sử dụng bao gồm hidrocacbua mạch thẳng từ sản phẩm dầu mỏ, hidrocacbua thơm, rượu béo, và hidrocacbua mạch thẳng dẫn xuất clo Các dung môi phổ biến nhất là hexan, pentan, propan và butan Ngoài ra, còn có nhiều loại dung môi khác được áp dụng trong quá trình này.
- Rượu etilic: thường dùng nồng độ 96%v để trích ly
Axêton là một chất lỏng có mùi đặc trưng và khả năng hòa tan dầu hiệu quả Nó được coi là dung môi lý tưởng cho các nguyên liệu chứa nhiều photphatit, vì axêton chỉ hòa tan dầu mà không tác động đến photphatit.
Frêon 12 là một dung môi an toàn, không độc hại, có khả năng chịu được các chất oxy hóa và dễ bay hơi Nó cũng trơ về mặt hóa học với nhiều nguyên liệu và thiết bị khác nhau, đồng thời giúp giảm thiểu nguy cơ cháy nổ khi sử dụng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly
Hàm mục tiêu của quá trình trích ly là hiệu suất thu hồi cấu tử cần chiết tách, được xác định bằng tỷ lệ giữa hàm lượng cấu tử trong dung dịch trích và hàm lượng của nó trong nguyên liệu Hiệu suất thu hồi càng cao thì hiệu quả kinh tế của quá trình trích ly càng lớn Cần lưu ý rằng trong một số trường hợp, cấu tử cần thu nhận có thể là một hỗn hợp gồm nhiều hợp chất hóa học khác nhau Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly bao gồm nhiều yếu tố khác nhau.
Kích thước của nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả trích ly Nguyên liệu có kích thước nhỏ sẽ tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với dung môi, giúp quá trình trích ly dễ dàng hơn Tuy nhiên, nếu kích thước quá nhỏ, chi phí nghiền nguyên liệu sẽ tăng lên và việc phân tách pha lỏng và pha rắn sau trích ly sẽ gặp khó khăn Do đó, các nhà sản xuất cần xác định kích thước nguyên liệu phù hợp cho từng loại trong quá trình trích ly.
Tỷ lệ khối lượng giữa nguyên liệu và dung môi ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly; khi tăng lượng dung môi, hiệu suất sẽ tăng do sự chênh lệch nồng độ giữa cấu tử cần trích ly trong nguyên liệu và dung môi Tuy nhiên, nếu dung môi quá nhiều, dịch trích sẽ bị loãng, yêu cầu các nhà sản xuất thực hiện quá trình cô đặc hoặc xử lý để tách bớt dung môi Do đó, việc xác định tỷ lệ phù hợp giữa khối lượng nguyên liệu và dung môi là rất quan trọng Trong công nghệ sản xuất thức uống từ thảo mộc, tỷ lệ này thường dao động từ 1/6 đến 1/10.
Nhiệt độ trích ly ảnh hưởng lớn đến quá trình hòa tan và khuếch tán của các cấu tử trong nguyên liệu vào dung môi Khi nhiệt độ tăng, các cấu tử chuyển động nhanh hơn, độ nhớt của dung môi giảm, giúp dung môi dễ dàng xuyên qua lớp nguyên liệu, từ đó làm tăng diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi Tuy nhiên, việc tăng nhiệt độ cũng làm tăng chi phí năng lượng và có thể gây ra các phản ứng hóa học không mong muốn, dẫn đến tổn thất các cấu tử hương Do đó, các nhà sản xuất cần lựa chọn nhiệt độ trích ly tối ưu cho từng trường hợp cụ thể, chẳng hạn như trong sản xuất saccharose từ củ cải đường, nhiệt độ thường dao động từ 55-85°C, trong khi trong sản xuất trà hòa tan, nhiệt độ trích ly được thực hiện ở 70-90°C.
Thời gian trích ly ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất thu hồi chất chiết; khi thời gian này tăng, hiệu suất cũng sẽ gia tăng Tuy nhiên, nếu thời gian trích ly kéo dài quá mức, hiệu suất thu hồi sẽ không tăng thêm đáng kể Do đó, các nhà sản xuất cần xác định thời gian tối ưu cho quá trình trích ly thông qua các phương pháp thực nghiệm.
Tốc độ dòng dung môi trong thiết bị trích ly ảnh hưởng lớn đến hiệu suất trích xuất Khi dung môi được bơm với tốc độ cao, kích thước lớp biên xung quanh nguyên liệu giảm, dẫn đến tăng tốc độ trích ly các cấu tử hòa tan Tốc độ bơm cần được điều chỉnh phù hợp với hình dạng và kích thước lớp nguyên liệu để tối ưu hóa thời gian trích ly và hiệu suất hồi chất chiết Ngoài ra, áp suất và nhiệt độ là hai yếu tố quyết định trong phương pháp trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn; tăng áp suất và nhiệt độ giúp quá trình trích ly diễn ra nhanh hơn và nâng cao hiệu suất Tuy nhiên, việc tăng áp suất cũng đồng nghĩa với việc tăng chi phí vận hành và giá thành thiết bị.
3 Dung môi trong quá trình trích ly thu nhận chất mùi
Cồn
Dùng để sản xuất tinh dầu cam, chanh, quýt, bưởi,…Đem ngâm vỏ cam, chanh, quýt, bưởi vào cồn 90% với tỉ lệ vỏ và cồn 1:2.
3.2 Dùng ete dầu hỏa để trích ly tinh dầu
Dung môi trích ly sau cồn thường là ete dầu hỏa, với nhiệt độ sôi từ 40-60°C Thành phần chính của ete này bao gồm các hydrocacbon như pentan, hexan và các đồng phân vết heptan Ete dầu hỏa ít hòa tan các chất khác so với tinh dầu và gần như không hòa tan trong nước.
Nước đóng vai trò quan trọng trong quá trình trích ly saccharose từ củ cải đường, cũng như trong việc chiết xuất các thành phần từ trà và cà phê để sản xuất các loại đồ uống hòa tan Ngoài ra, nước cũng được sử dụng để chiết xuất các chất từ thảo mộc trong công nghệ sản xuất thức uống không cồn.
3.4 Dùng dầu thực vật: dầu dừa, dầu hạnh nhân
Để trích ly tinh dầu từ hoa cam, chanh và bưởi, bạn cần ngâm các loại hoa này trong dầu thực vật trong 48 giờ Sau đó, hãy lấy hoa ra và thay bằng hoa mới Tiếp tục quy trình này cho đến khi dầu đạt được mùi thơm mong muốn.
- Được sử dụng để trích ly chất béo từ thực vật trong công nghệ sản xuất dầu béo, gan cá, trích ly chất mùi và chất màu.
- Thường dùng: hexane, heptane, cyclohexane, carbon disulphide, acetone, ethylether, ethanol.
- Các dung môi này có nhược điểm là dễ gây cháy.
3.6 CO 2 ở trạng thái siêu tới hạn
Việc sử dụng CO2 siêu tới hạn trong quá trình trích ly caffeine từ trà và cà phê, trích ly chất đắng (α-acid) từ hoa houblon, cũng như tách chiết các hợp chất hương từ gia vị và các chất có hoạt tính sinh học từ thảo mộc, mang lại nhiều lợi ích CO2 siêu tới hạn được ưa chuộng làm dung môi trong các quá trình này nhờ vào tính năng không gây cháy, không độc hại và chi phí thấp.
4 Các phương pháp trích ly chất mùi
4.1 Phương pháp ép lấy tinh dầu
Phương pháp này thường được áp dụng cho các nguyên liệu có chứa tinh dầu, đặc biệt là những loại có hàm lượng cao và dễ bị ép bể như bưởi và cam.
- Ưu điểm: Phương pháp này cũng cho ra tinh dầu nguyên chất, giá thành sản xuất rẻ
Phương pháp này lẫn màu và mùi của nguyên liệu (phần không phải tinh dầu), không thể thực hiện được với các loại tinh dầu trong gỗ, hoa,
Không thích hợp cho các nguồn nguyên liệu không đảm bảo an toàn vì toàn bộ các chất hóa học tan trong dầu cũng sẽ được lấy vào.
4.2 Phương pháp chưng cất với hơi nước
Có 2 loại: không có nồi riêng và có nồi riêng
Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng là phương pháp trong đó nguyên liệu và nước được cho vào cùng một thiết bị, ngăn cách bởi một vỉ nồi Khi đun sôi, hơi nước sẽ bốc lên qua nguyên liệu, kéo theo tinh dầu và đi ra thiết bị ngưng tụ Để ngăn nguyên liệu rơi vào phần nước, có thể lót trên vỉ bằng một hoặc nhiều lớp bao tải tùy thuộc vào loại nguyên liệu Phương pháp này phù hợp cho các cơ sở sản xuất có quy mô trung bình.
Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng là phương pháp lý tưởng cho các cơ sở sản xuất lớn, nơi hơi nước được tạo ra từ nồi hơi và dẫn vào thiết bị chưng cất Phương pháp này cho phép phục vụ nhiều thiết bị cùng lúc, giảm bớt công sức cho công nhân và dễ dàng tự động hóa quy trình sản xuất, đồng thời kiểm soát tốt hơn các thông số công nghệ và rút ngắn thời gian sản xuất Nó cũng khắc phục tình trạng nguyên liệu bị khê, khét, và có thể sử dụng hơi quá nhiệt hoặc hơi áp suất cao theo yêu cầu công nghệ Tuy nhiên, chưng cất ở nhiệt độ và áp suất cao có thể làm giảm chất lượng một số tinh dầu do phân hủy, và thiết bị sử dụng trong phương pháp này thường phức tạp và tốn kém.
Thiết bị khá gọn gàng, dễ chế tạo, qui trình sản xuất đơn giản
Trong quá trình chưng cất, có thể phân chia các cấu tử trong hỗn hợp bằng cách ngưng tụ từng phần theo thời gian
Thời gian chưng cất tương đối nhanh, nếu thực hiện gián đoạn chỉ cần 5-10 giờ, nếu liên tục thì 30 phút đến 1 giờ
Có thể tiến hành chưng cất với các cấu tử tinh dầu chịu được nhiệt độ cao
Không nên áp dụng phương pháp chưng cất cho những nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu thấp, vì quá trình chưng cất sẽ kéo dài và tiêu tốn nhiều hơi nước cũng như nước ngưng tụ.
Tinh dầu thu được có thể bị giảm chất lượng nếu có chứa các cấu tử dễ bị thủy phân
Việc không thể tách các thành phần khó bay hơi hoặc không bay hơi trong nguyên liệu ban đầu là một thách thức lớn, vì những thành phần này, như sáp và nhựa thơm, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo hương vị và mùi thơm đặc trưng.
Hàm lương tinh dầu còn lại trong nưóc chưng (nước sau phân ly) tương đối lớn
Tiêu tốn một lượng nước khá lớn để làm ngưng tụ hỗn hợp hơi
Phương pháp này sử dụng các chất béo động vật và thực vật không chỉ có khả năng hòa tan tinh dầu mà còn có khả năng hấp phụ tinh dầu lên bề mặt của chúng Ngoài ra, than và đất hoạt tính cũng sở hữu tính chất tương tự.
Phương pháp này thường được áp dụng để chiết xuất tinh dầu từ các loại hoa, đặc biệt là những loại hoa có khả năng phát sinh tinh dầu ở dạng khí sau khi được thu hái, như hoa nhài và hoa huệ.
Sau khi chất hấp phụ đã bão hòa, có thể cho tác dụng với dung môi lỏng (thường là rượu etylic) để tách tinh dầu ra.
- Ưu điểm: lẫn ít tạp chất, quy trình đơn giản, thực hiện ở nhiệt độ thường.
- Khuyết điểm: Đối với chất hấp phụ là chất béo thì khó tinh chế và bảo quản.
Ngoài ra còn có phương pháp trích ly bằng dung môi có tº sôi thấp
5 Ứng dụng chất mùi trong thực phẩm
5.1 Lớp phủ Alginate chứa tinh dầu bưởi hoặc chiết xuất hạt bưởi để bảo quản nho (Aloui, Khwaldia et al 2014)
Tinh dầu bưởi (Citrus Paradisi)
Natri alginate cấp thực phẩm (NaAlg) từ tảo nâu, với trọng lượng phân tử 80.000 Da và mã CAS 9005-38-3, được mua từ Sigma-Aldrich (Steinheim, Đức) và được sử dụng làm vật liệu phủ trong nghiên cứu này Ngoài ra, tinh dầu bưởi (GEO) và chiết xuất hạt bưởi (GSE) đã được áp dụng như hợp chất chống nấm.
Nho khô nguyên cành được mua từ một nhà phân phối bán buôn ở Pháp, khi đáo hạn thương mại.
Chuẩn bị và áp dụng phương pháp điều trị lớp phủ
Các dung dịch phủ NaAlg (1% và 2%, w/w) được điều chế bằng cách hòa tan 1 g và 2 g NaAlg trong 100 mL nước cất nóng ở 70°C, khuấy trộn liên tục cho đến khi phân tán hoàn toàn Sau đó, glycerol (15%, w/w, dựa trên NaAlg) được thêm vào và hỗn hợp được khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng Tiếp theo, nồng độ GSE hoặc GEO 1% (w/w) được bổ sung vào mỗi dung dịch NaAlg Cuối cùng, toàn bộ hỗn hợp được đồng nhất hóa ở tốc độ 13.500 vòng/phút trong 4 phút và khử khí bằng bơm chân không để loại bỏ bọt khí.
Trước khi xử lý, nho được chọn được rửa bằng dung dịch natri hypoclorit (0,01%) trong
Sau khi ngâm trong 3 phút, trái cây được để ráo nước và sấy khô ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ Tiếp theo, các loại quả mọng được phân chia ngẫu nhiên vào bảy phương pháp điều trị khác nhau: T1 là quả không có vỏ; T2 là quả mọng phủ 1% NaAlg; T3 là quả mọng phủ 2% NaAlg; T4 là quả mọng phủ 1% NaAlg-1% GEO; T5 là quả mọng phủ 2% NaAlg-1% GEO; T6 là quả mọng phủ 1% NaAlg-1% GSE; và T7 là quả mọng được phủ 2% NaAlg-1% GSE.
Quả nho được nhúng trong các dung dịch phủ khác nhau trong 1 phút, sau đó được treo lên và sấy khô trong 24 giờ Sau khi xử lý, nho được bảo quản ở nhiệt độ 4 ± 1 °C và độ ẩm tương đối 85% - 90% (RH) trong vòng 15 ngày.
