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 Tuy nhiên, những gia vị quan trọng nhất lại có nguồn gốc từ phía đông, đặc biệt là Ấn Độ, đảo Tích Lan và các đảo gia vị như Sumatra, Java, Bali Việc sử dụng gia vị và công nhận giá trị của chúng có thể được truy ngược về thời Kinh Thánh, trong đó Queen of Sheba, một loài thực vật bản địa Australia, đã cung cấp gia vị cho vua Sa-lô-môn.
Công nghệ gia vị đã có sự tiến triển chậm rãi, bắt đầu từ việc sử dụng nguyên liệu thô không tinh chế Đến thế kỷ 18, quá trình chưng cất tinh dầu đã được áp dụng để khai thác một số mùi hương, đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong ngành công nghiệp gia vị.
Ngành công nghiệp hương vị ra đời vào thế kỷ 19, bắt nguồn từ hai công nghệ chính: kỹ thuật khai thác các vấn đề tự nhiên của Scheele và tổng hợp hóa học hữu cơ Đến giữa thế kỷ 19, ngành này đã phát triển thành một lĩnh vực độc lập Theo cuốn sách "The Fragrance và Công nghiệp Hương vị" của Wayne E Dorland và James A Rogers, Jr., hầu hết các doanh nghiệp kinh doanh hương vị hiện nay đã được thành lập cách đây khoảng 140 năm Từ khoảng 1850 đến đầu những năm 1900, hầu hết các hương vị chỉ bao gồm một chất hóa học duy nhất, và hương vị tinh chiết thời bấy giờ thường là sự kết hợp của ba hoặc bốn thành phần, được lựa chọn từ 50 chất hóa học có sẵn Đáng chú ý, hơn 90% nguyên liệu thô sử dụng cho hương vị có nguồn gốc tự nhiên.
Trong những năm 1930 và 1940, ngành công nghiệp hương vị phát triển mạnh mẽ nhờ vào việc tổng hợp hóa chất với chi phí hợp lý, đặc biệt là hương vị nhân tạo Một số nhà sản xuất cảm thấy đã đạt đến đỉnh cao, trong khi những người khác không ngừng tìm kiếm hương vị mới và tận dụng công nghệ hiện có để thúc đẩy sự phát triển Sự kiên trì này đã dẫn đến một kỷ nguyên mới của tiến bộ 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 một cách tuyệt vời Các loại tinh dầu thơm và dạng mỡ thơm được bán ở các quốc gia cổ đại như Phương Đông, Hy Lạp và Rome không phải là tinh dầu tự nhiên thực sự, mà chỉ là sản phẩm được tạo ra bằng cách ngâm hoa, rễ, và các thành phần khác trong dầu Quá trình chưng cất, được biết đến từ thời Trung cổ, đã mở đường cho việc sản xuất tinh dầu cần thiết trên quy mô lớn.
Vào nửa sau thế kỷ 16, sự sản xuất và sử dụng các loại tinh dầu trở nên phổ biến, chủ yếu nhờ vào việc xuất bản 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.
Vào năm 1807, Berzelius ở Stockholm đã lần đầu tiên đề cập đến các nghiên cứu trước đó như "hóa học hữu cơ" và được xem là cha đẻ của khái niệm "vital force" Tiếp theo, Wohler từ Đức đã trở thành người tiên phong trong hóa học hữu cơ tổng hợp, đồng thời bác bỏ giả thuyết về "vital force" Ông đã đạt được thành công lớn khi tổng hợp urê, mở ra một hướng đi mới cho hóa học hữu cơ.
Từ năm 1847, Butêrốp đã tiến hành nghiên cứu về thành phần của tinh dầu long não, trong đó ông tách được campho ra khỏi tinh dầu này Ông cũng đã khám phá tính chất và cấu tạo của campho, và luận án tiến sĩ của ông tập trung vào hóa học của tinh dầu.
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
Vào năm 1872, Charles đã phát triển công thức thực nghiệm của mình, và đến năm 1874, Tieman và Haarman đã công bố cấu trúc của vanillin, sau đó được Reimer xác nhận thông qua việc tổng hợp vanillin từ guaiacol Vanillin là một hợp chất thơm quan trọng, thường được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm.
Vào năm 1880, Vanlac đã tiên phong trong việc phát triển hóa học tinh dầu bằng cách đề xuất phương pháp phân loại các cấu tử của tinh dầu.
Vatne đã tập trung nghiên cứu cấu tạo của các hydrocacbon và rượu, đặc biệt là cơ chế phản ứng đồng phân hóa của campten thành socamphen, được gọi 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 đang gặp nhiều khó khăn, nhưng một số công ty hương vị đang áp dụng các kỹ thuật mới trong phương pháp sắc ký Giai đoạn đầu của ứng dụng này mang lại hy vọng rằng bí mật của thiên nhiên sẽ được khám phá, cho phép phân tích thực phẩm qua sắc ký khí và tiết lộ những bí mật về hương vị từ mẹ thiên nhiên.
Trong những năm 1960 và 1970, sự ra đời của các công cụ phân tích mới đã dẫn đến sự gia tăng đáng kể về 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 Thập kỷ 1960 được coi là thời kỳ hoàng kim của ngành công nghiệp hương vị, khi hơn 75% doanh nghiệp sản xuất hương vị nhân tạo tổng hợp Trong những năm 1950, khoảng 90% chất mùi được sử dụng là từ các hợp chất hóa học, nhưng đến những năm 1980 và 1990, hương vị tự nhiên đã chiếm khoảng 70% trong các hỗn hợp, phản ánh xu hướng ngày càng tăng về chất mùi thực phẩm tự nhiên Ngành công nghiệp hương vị hiện nay hoạt động hiệu quả với sự tham gia của các doanh nghiệp nhỏ và vừa, 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, ảnh hưởng đến nhiều hệ thống sinh lý như tuần hoàn, nhịp tim, nhịp thở, tiêu hóa, thính giác, thị giác và xúc giác Do đó, trong sản xuất thực phẩm, các biện pháp kỹ thuật được áp dụng để bảo vệ các chất thơm tự nhiên và điều khiển phản ứng tạo ra hương thơm mới.
Chất mùi trong thực phẩm là sự kết hợp hài hòa giữa nguyên liệu tự nhiên và tổng hợp, với mỗi nguyên liệu có đặc trưng bay hơi khác nhau Chúng có thể giữ lâu hoặc dễ bay hơi nhanh, tùy thuộc vào loại nguyên liệu Các chất mùi này có thể được chiết xuất từ nguyên liệu cơ bản hoặc được tổng hợp, và mỗi loại hương liệu 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 có nguồn gốc từ thực vật hoặc động vật, mang lại hương thơm đặc trưng Những chất này thường được chiết xuất từ các bộ phận của cây như hạt, thân, lá, mầm hoặc vỏ cây, cũng như từ trái cây Người tiêu dùng thường sử dụng các hương liệu này như gia vị trong thực phẩm để tăng cường hương vị và trải nghiệm ẩm thực.
Lá cây như lá tắc châu Phi, rau mùi, rau thì là và cây tiểu hồi hương không chỉ có mùi thơm đặc trưng mà còn được sử dụng phổ biến trong chế biến thực phẩm.
Mầm non là nguyên liệu quý giá tại vùng Viễn Đông, nơi người dân phơi khô những quả nhục quế chưa chín để sử dụng trong chế biến thuốc và làm đồ chua Ngoài ra, mầm non còn được khai thác để lấy hương liệu từ đinh hương, tạo nên những sản phẩm đa dạng và phong phú.
Dầu thơm được chế tạo từ các bộ phận chọn lọc của cây, qua quá trình chưng cất để thu được tinh dầu Nhu cầu sử dụng dầu thơm trong ngành thực phẩm ngày càng gia tăng.
Thân cây như củ dong, gừng và riềng thường được sử dụng làm thực phẩm Ngoài ra, nghệ cũng là một nguyên liệu quan trọng, mang đến hương vị đặc trưng và màu sắc hấp dẫn cho món ăn.
Hạt thực vật là nguồn gốc chính của nhiều hương liệu, bao gồm hạt đậu khấu, hạt thì là, hạt rau mùi, hạt tiểu hồi hương và hạt giới tử Những hương liệu này nổi tiếng và được ưa chuộng, đặc biệt là ở vùng thung lũng Địa Trung Hải.
Người tiêu dùng khi mô tả hương vị phải sử dụng hầu hết các giác quan của mình Sự diễn tả này 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 sờ nắn và âm thanh cũng đóng vai trò trong nhận xét về hương vị và chất mùi Chuyên gia cảm quan cố gắng không để các giác quan khác ngoài hương vị và chất mùi tác động đến nhận thức của họ Theo Hall, hương vị được định nghĩa là tập hợp các đặc tính của vật phẩm đưa vào miệng, chủ yếu được cảm nhận qua vị giác, khứu giác và các cơ quan xúc giác trong miệng, sau đó được bộ não tiếp nhận và giải mã.
Hiệp hội các nhà hóa học hương vị, thành lập năm 1969, định nghĩa chất mùi là một chất có thể là một thực thể hóa học đơn lẻ hoặc hỗn hợp các chất tự nhiên và tổng hợp Chất mùi chủ yếu được sử dụng để tạo ra cảm giác mùi đặc trưng cho thực phẩm và các sản phẩm khác trong miệng.
Tổ chức quốc tế của ngành công nghiệp hương vị (IOFI) định nghĩa hương vị từ góc độ ngành công nghiệp là quá trình chuẩn bị có hoặc không có dung môi hoặc chất dùng để truyền đạt hương vị, ngoại trừ những sở thích chỉ liên quan đến vị mặn, ngọt hoặc axit Định nghĩa này nhấn mạnh rằng hương vị không phải là sản phẩm được tiêu thụ trực tiếp.
Phân loại mùi
Theo Tổ chức quốc tế Công nghiệp chất thơm (IOFI) từ năm 1976, hương liệu được xem là phụ gia thực phẩm nhưng cần được phân loại riêng với các quy định cụ thể Hương liệu được chia thành các nhóm nhỏ khác nhau để quản lý và sử dụng hiệu quả trong ngành thực phẩm.
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, các loại cây cỏ thơm, gia vị, lá thơm và củ thơm đều là những nguyên liệu phổ biến mang lại hương vị và mùi thơm đặc trưng.
Chất thơm tự nhiên được chiết xuất từ các 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 qua quá trình cô đặc bằng các phương pháp vật lý từ nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên, 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 của gỗ có đặc điểm tương tự như vanillin chiết xuất từ hạt đậu vani.
Chất thơm nhân tạo là các hợp chất được tổng hợp qua phương pháp hóa học, có tính chất khác biệt so với các chất thơm tự nhiên từ nguyên liệu động vật hoặc thực vật Một số ví dụ điển hình bao gồm 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 hóa học, thường là các ester, mang lại mùi hương của nhiều loại hoa và trái cây tự nhiên Ví dụ, amilic axetat tạo ra mùi chuối chín, ethyl butyrat mang hương dứa, và γ-undeca lacton có mùi 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 yếu tố cảm quan quan trọng của thực phẩm, ảnh hưởng mạnh mẽ đến các chức năng sinh lý như hệ tuần hoàn, nhịp đập tim, hô hấp và tiêu hóa Ngoài ra, hương thơm còn tác động đến các giác quan như thính giác, thị giác và xúc giác Do đó, trong sản xuất thực phẩm, các biện pháp kỹ thuật được áp dụng để bảo vệ hương thơm tự nhiên và tạo ra những hương thơm mới.
Thông thường, người ta thực hiện một trong ba biện pháp sau để tạo cho s ản phẩm có hương thơm:
Chất thơm thường dễ bay hơi và không bền, vì vậy cần áp 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 Điều này giúp giữ lại và hấp thụ trở lại các chất thơm tự nhiên có trong 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 đa dạng.
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 đặc trưng Mỗi chất thơm đều có mùi riêng do các nhóm nguyên tử đặc biệt, được gọi là nhóm mang mùi, quyết định Tuy nhiên, việc tăng số lượng nhóm mang mùi trong một phân tử không những không làm tăng cường mùi mà còn có thể làm yếu đi hoặc thậm chí làm mất hoàn toàn mùi của chất đó.
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 có thể được tăng cường hoặc làm yếu đi bằng cách kết hợp với một mùi khác, hoặc tạo ra một mùi mới hoàn toàn bất ngờ Điều này có thể được minh họa qua ví dụ về trinitrobutyltoluen, một chất có mùi xạ hương đặc trưng, nhưng hoàn toàn mất đi mùi này khi thêm một lượng nhỏ quynin sulfat, một chất vốn không có mùi.
Khi phối hợp mùi cao su, iot, long não và gỗ bá hương, chúng sẽ triệt tiêu lẫn nhau hoàn toàn Mùi vani để trong lạnh sẽ biến mất sau vài phút, nhưng nếu thêm một ít cumarin, hương vani sẽ kéo dài lâu hơn.
Các chất có cấu tạo và tính chất tương tự nhưng có thể có mùi khác nhau Ví dụ, eugenol và dihydroxyeugenol chỉ khác nhau ở nhóm chức, dẫn đến sự khác biệt về mùi.
Eugenol là thành phần chính trong dầu đinh hương, mang lại mùi hương đặc trưng mạnh mẽ, trong khi dihydroxyeugenol lại gần như không có mùi Vanilin và izovanilin chỉ khác nhau về vị trí của nhóm thế, tạo nên sự đa dạng 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
Có những chất hoàn toàn khác nhau nhưng lại có mùi giống nhau, ví dụ như công thức của xạ hương và các chất thay thế không giống nhau nhưng cho ra mùi tương tự Mùi hương cũng có thể phụ thuộc vào nồng độ của chất trong không khí; chẳng hạn, ionon khi ở nồng độ đậm đặc có mùi giống bá hương, nhưng khi loãng lại mang mùi cây hoa tím.
Nhiều hiện tượng liên quan đến mùi vẫn chưa thể giải thích một cách chắc chắn do thiếu một quan niệm đầy đủ về khứu giác, bao gồm cách thức hoạt động và lý do tại sao một chất lại phát ra mùi.
Các mùi tự nhiên
Tính chất chung của tinh dầu
Tinh dầu thường ít hòa tan trong nước nhưng hòa tan tốt trong rượu đậm đặc Độ hòa tan của hai chất lỏng tỷ lệ thuận với độ cực của phân tử Khi đầu tích điện dương của một phân tử gần với đầu tích điện âm của phân tử khác, chúng sẽ hút lẫn nhau, dẫn đến sự liên hợp của các phân tử Rượu etylic, với hằng số điện môi cao, là dung môi cực mạnh, có khả năng 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 dụng của oxy, các hợp chất không no trong tinh dầu có thể bị oxy hóa, tạo ra mùi nhựa.
Mùi thơm của tinh dầu chủ yếu được xác định bởi các hợp chất như este, phenol, aldehyde, xeton và các chất hữu cơ khác Những hợp chất này chỉ chiếm khoảng 10% tổng lượng tinh dầu, trong khi 90% còn lại là các chất đệm, trong đó sesquiterpen đóng vai trò là chất ổn định.
Ý nghĩa chất mùi trong thực phẩm
Hương thơm là một tính chất cảm quan quan trọng của thực phẩm, có tác động sinh lý rõ rệt đến cơ thể, như 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 điều khiển các phản ứng hóa học để tạo ra các chất thơm mới là rất cần thiết.
Các biện pháp kĩ thuật để tạo ra sản phẩm có hương thơm
Trong quá trình gia nhiệt (đun hoặc cô đặc), chất thơm có thể bị tách ra khỏi sản phẩm Để giữ lại và hấp thu trở lại các chất thơm tự nhiên vốn có trong nguyên liệu ban đầu, cần thực hiện việc thu hồi các chất này.
Chưng cất và cô đặc các chất thơm tự nhiên từ nguồn nguyên liệu phong phú, sau đó sử dụng những chất thơm này để gia tăng hương vị cho 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 cấu tử có trong nguyên liệu thông qua việc tiếp xúc với dung môi Động lực của quá trình này dựa vào sự chênh lệch nồng độ giữa các cấu tử trong nguyên liệu và trong 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 một dung môi khác Khi tách chất hòa tan trong chất lỏng bằng một chất lỏng khác, quá trình này được gọi là trích ly lỏng – lỏng Ngược lại, nếu tách chất hòa tan trong chất rắn bằng một chất lỏng, thì được gọi là trích ly rắn – lỏng.
Vai trò và ý nghĩa của phương pháp trích ly
Trích ly là một quá 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 áp dụng rộng rãi nhờ vào hiệu quả kinh tế cao hơn so với phương pháp ép và khả năng tự động hóa tốt Trích ly cho phép thu hồi triệt để hàm lượng dầu trong nguyên liệu, với 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 tối ưu hóa sản xuất Mặc dù trích ly có khả năng khai thác các loại dầu có hàm lượng thấp và năng suất lớn, chi phí dung môi cao và sự phân tán của vùng nguyên liệu vẫn là rào cản khiến phương pháp này chưa được áp dụng rộng rãi tại Việt Nam.
Cơ sở lý thuyết của phương pháp trích ly
Độ hòa tan của hai chất lỏng phụ thuộc vào hằng số điện môi; hai chất lỏng có hằng số điện môi gần nhau sẽ dễ hòa tan vào nhau 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 Quá trình trích ly dầu là phương pháp sử dụng dung môi hữu cơ để hòa tan dầu từ nguyên liệu rắn trong điều kiện xác định Bản chất của quá trình trích ly 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 loại 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 trong quá trình này là hexan, pentan, propan và butan, bên cạnh đó còn có nhiều loại dung môi khác.
- 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 phôtphatit, vì axêton chỉ hòa tan dầu mà không làm tan phôtphatit.
Frêon 12 là một loại dung môi an toàn, không độc hại, có khả năng chống oxy hóa tốt và dễ bay hơi Nó cũng trơ về mặt hóa học với nhiều nguyên liệu và thiết bị khác nhau, 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 cấu tử 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
Kích thước của nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả quá trình trích ly Nguyên liệu có kích thước nhỏ giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với dung môi, từ đó dễ dàng trích ly các cấu tử 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 trở nên khó khăn Do đó, các nhà sản xuất cần xác định kích thước phù hợp cho từng loại nguyên liệu để tối ưu hóa quy trình trích ly.
Tỷ lệ khối lượng giữa nguyên liệu và dung môi ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất trích ly; khi tăng lượng dung môi sử dụng, hiệu suất sẽ tăng do sự chênh lệch nồng độ giữa cấu tử cần trích ly trong nguyên liệu và dung môi lớn hơn Tuy nhiên, nếu dung môi quá nhiều sẽ làm loãng dịch trích, dẫn đến cần phải cô đặc hoặc xử lý để tách bớt dung môi Do đó, việc xác định tỷ lệ phù hợp giữa 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 từ nguyên liệu vào dung môi; khi nhiệt độ tăng, các cấu tử di chuyển nhanh hơn, giúp tăng cường sự hòa tan Đồng thời, độ nhớt của dung môi giảm, cho phép dung môi dễ dàng xuyên qua lớp nguyên liệu, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa chúng Tuy nhiên, việc tăng nhiệt độ cũng dẫn đến chi phí năng lượng cao hơn và có thể gây ra phản ứng hóa học không mong muốn, cũng như làm mất mát các cấu tử hương Do đó, các nhà sản xuất cần xác định 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 quá trình sản xuất trà hòa tan diễn ra ở 70-90°C.
Thời gian trích ly có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất thu hồi chất chiết Khi tăng thời gian trích ly, hiệu suất thu hồi sẽ gia tăng, nhưng nếu thời gian quá dài, sự gia tăng này sẽ không còn 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, làm tăng tốc độ trích ly các cấu tử hòa tan Tốc độ dòng dung môi cần được điều chỉnh phù hợp với hình dạng thiết bị và kích thước nguyên liệu để tối ưu hóa thời gian trích ly và hiệu suất hồi chất chiết Bên cạnh đó, áp suất và nhiệt độ cũng là hai yếu tố quan trọng trong phương pháp trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn; việc tăng cả hai yếu tố này sẽ giúp quá trình trích ly diễn ra nhanh chóng và hiệu quả hơn Tuy nhiên, việc tăng áp suất có thể làm 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 được sử dụng 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 có tính hòa tan thấp đối với các chất khác 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 trà và cà phê hòa tan Ngoài ra, nước còn 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, hãy ngâm các loại hoa này trong dầu thực vật trong 48 giờ Sau đó, loại bỏ hoa cũ và thêm hoa mới vào 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 mang lại nhiều lợi ích, như trích ly caffeine từ trà và cà phê với hàm lượng thấp, chiết xuất α-acid từ hoa houblon trong sản xuất hoa cao, cũng như tách chiết các hợp chất hương từ gia vị và các chất có hoạt tính sinh học từ thảo mộc CO2 siêu tới hạn được ưa chuộng làm dung môi vì tính an toàn, không gây cháy và độc hại, đồng thời có 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 nguyên liệu có chứa tinh dầu trong các túi 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 hiệu quả cho các cơ sở sản xuất quy mô trung bình Trong quá trình này, nguyên liệu và nước được cho vào cùng một thiết bị, cách nhau bởi một vỉ nồi Khi nước được đun sôi, hơi nước sẽ bốc lên qua nguyên liệu, kéo theo tinh dầu và dẫn đến thiết bị ngưng tụ Để ngăn nguyên liệu rơi vào phần nước, có thể sử dụng một hoặc nhiều lớp bao tải trên vỉ, tùy thuộc vào loại nguyên liệu sử dụng.
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 riêng và dẫn vào thiết bị chưng cất Phương pháp này cho phép phục vụ nhiều thiết bị cùng lúc, giảm bớt khối lượng công việc cho công nhân, đồng thời dễ dàng cơ khí hóa và tự động hóa quy trình sản xuất Nó cũng giúp kiểm soát tốt hơn các thông số công nghệ và rút ngắn thời gian sản xuất Đặc biệt, phương pháp này khắc phục tình trạng nguyên liệu bị khê, khét và có thể sử dụng hơi quá nhiệt hoặc hơi áp suất cao khi cần thiết Tuy nhiên, cần lưu ý rằng một số tinh dầu có thể bị phân hủy khi chưng cất ở nhiệt độ và áp suất cao, dẫn đến giảm chất lượng Hơn nữa, thiết bị sử dụng trong phương pháp này thường phức tạp và có chi phí cao.
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 điều này sẽ làm tăng thời gian chưng cất, dẫn đến việc tiêu tốn nhiều hơi nước và nước ngưng tụ.
Tinh dầu thu được có thể bị giảm chất lượng nếu có chứa các cấu tử dễ bị thủy phân
Việc tách các thành phần khó bay hơi hoặc không bay hơi từ nguyên liệu ban đầu là một thách thức lớn, mặc dù những thành phần này rất quan trọng do tính chất định hương cao của chúng, như sáp và nhựa thơm.
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 dựa trên khả năng của các chất béo động vật và thực vật không chỉ hòa tan tinh dầu mà còn hấp phụ tinh dầu lên bề mặt của chúng Ngoài ra, than và đất hoạt tính cũng có đặc tính tương tự trong việc hấp phụ tinh dầu.
Phương pháp này được áp dụng chủ yếu để chiết xuất tinh dầu từ các loại hoa, đặc biệt là những loại hoa có khả năng sinh ra 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) có nguồn gốc 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) cũng 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 với khuấy trộn liên tục cho đến khi hoàn toàn phân tán Sau đó, glycerol (15%, w/w, dựa trên hàm lượng NaAlg) được thêm vào và hỗn hợp này được khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng Sau khi khuấy, 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 ở nhiệt độ phòng 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, quả mọng 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 thành 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 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 Cuối cùng, trái cây được bảo quản ở nhiệt độ 4 ± 1 °C và độ ẩm tương đối 85% - 90% trong vòng 15 ngày.
