THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA DẦU MỠ
Tổng quan về dầu mỡ
Dầu mỡ từ động vật và thực vật đã được sử dụng từ lâu trong sản xuất và đời sống, đóng vai trò là nguồn cung cấp năng lượng lớn Chúng được sử dụng phổ biến trong nấu nướng hàng ngày, bắt nguồn từ các nền văn hóa cổ đại như Trung Quốc, Ai Cập và Hy Lạp - La Mã Đến nay, dầu mỡ vẫn giữ vị trí quan trọng trong chế biến thực phẩm, mặc dù thói quen ăn uống hiện đại đã làm giảm sản lượng sản xuất và tiêu thụ loại nguyên liệu này.
Dầu mỡ đã có lịch sử lâu đời, bắt đầu từ đế chế Ai Cập vào năm 1400 trước Công Nguyên, không chỉ được sử dụng trong ẩm thực mà còn trong sản xuất xà phòng Người cổ đại đã sử dụng mỡ động vật để tạo ánh sáng ban đêm, và người La Mã đã chế tạo nến từ mỡ động vật pha với sáp ong Nhiều loại thực vật cũng được dùng làm nguồn cung cấp dầu, như dầu olive từ vùng Địa Trung Hải, hạt cải dầu ở Châu Âu, dầu mè ở Ấn Độ, và đặc biệt là dầu đậu nành tại Trung Quốc, nơi đã sử dụng dầu từ rất sớm Hiện nay, nhiều loại động thực vật đã được khai thác để sản xuất dầu mỡ, bao gồm mỡ từ heo, bò, cừu và cả từ động vật biển.
Cùng với sự phát triển của công nghệ chế biến dầu mỡ, từ khâu chiết tách đến tinh luyện, ngành công nghiệp này đã chứng kiến nhiều bước tiến quan trọng Năm 1752, máy nghiền ép dầu dạng con lăn của Smeaton đã đánh dấu một bước ngoặt lớn trong việc nâng cao chất lượng dầu mỡ Tiếp theo, công nghệ chiết tách dầu kết hợp chưng sấy bắt đầu được nghiên cứu từ năm 1795 đến 1891 Deiss (1855) đã thành công trong việc trích ly dầu bằng dung môi CS2, và sau đó, Irvine, Richardson, và Lundy (1864) đã phát minh ra việc sử dụng hydrocarbon làm dung môi trích ly, vẫn còn được áp dụng đến ngày nay Đồng thời, công nghệ tinh luyện dầu mỡ cũng được phát triển và các phương pháp kiểm định chất lượng như chỉ số acid và chỉ số xà phòng hóa cũng được nghiên cứu và ứng dụng.
Vào năm 1879, Huebl đã chỉ ra chỉ số iod, và từ năm 1906, phương pháp sắc ký đã được áp dụng để xác định giá trị dầu mỡ, với sự phát triển đáng kể từ thời điểm đó nhờ vào công trình của Tswett về sắc ký cột.
Thành phần hóa học của dầu mỡ
Acid béo (fatty acid) là hợp chất béo chứa các acid hữu cơ với số nguyên tử carbon trong mạch lớn hơn 4 Dựa vào chiều dài mạch carbon, acid béo được phân loại thành ba dạng chính: acid béo mạch ngắn (4-6 carbon), acid béo mạch trung bình (8-12 carbon) và acid béo mạch dài (trên 12 carbon).
Acid béo được phân loại thành hai loại chính: acid béo bão hòa và acid béo chưa bão hòa, dựa trên cấu trúc liên kết giữa các nguyên tử carbon trong chuỗi Các acid béo này thường có mạch carbon dài từ 14 đến 16 C trở lên và có hơn 10 loại acid béo khác nhau được phát hiện chủ yếu trong thực phẩm.
Acid béo bão hòa là loại acid mà trong đó, các nguyên tử carbon trong mạch liên kết với nhau bằng liên kết đơn (liên kết σ), đảm bảo sự thỏa mãn về hóa trị của nguyên tử carbon Điều này có nghĩa là không có liên kết đôi hay ba giữa các nguyên tử carbon, ngoại trừ carbon tạo thành gốc acid -COOH.
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 là loại acid béo có chứa liên kết đôi trong mạch carbon, chiếm tỷ lệ lớn trong tự nhiên Chúng thường hình thành liên kết đôi tại vị trí C số 9 và số 10, nhưng cũng có thể xuất hiện ở mọi vị trí trên mạch carbon, tạo ra nhiều đồng phân khác nhau Sự hiện diện của các liên kết đôi này dẫn đến cấu hình cis- và trans-, ảnh hưởng đến đặc tính sinh học của acid béo Hầu hết acid béo không bão hòa trong thực phẩm có cấu hình cis-, nhưng quá trình tinh luyện dầu và chế biến như margarine hay hydro hóa có thể chuyển đổi chúng thành dạng trans-, làm tăng nguy cơ mắc bệnh xơ vữa động mạch và bệnh tim.
Các acid béo không bão hòa có thể được ký hiệu theo hai hệ thống:
Hệ thống 1 được biểu diễn dưới dạng Cx:y, zc (hoặc zt), trong đó x là số nguyên tử carbon trong mạch, y là số lượng liên kết đôi có mặt, và z là vị trí của liên kết đôi trong mạch carbon, được đánh số bắt đầu từ carbon liền kề với nhóm COOH Thêm vào đó, c và t chỉ ra cấu hình cis hoặc trans của liên kết đôi.
Theo hệ thống EEC (End-of-Carbon-Chain), các hợp chất được ký hiệu là (Cx:y,ωm) hoặc (Cx:y,nm), trong đó ω hoặc n biểu thị vị trí của liên kết đôi trong chuỗi carbon Đánh số vị trí này bắt đầu từ đầu mạch carbon, với C1 là carbon đầu tiên của nhóm CH3.
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 một loại acid béo không bão hòa đơn với một liên kết đôi, chiếm hơn 50% trong tổng số các acid béo Loại acid béo này phổ biến trong hầu hết các loại dầu thực vật và mỡ động vật.
Bảng 1.1 Các acid béo chủ yếu trong thực phẩm
Acid béo (tên thông thường)
- Acid béo không bão hòa mạch dài ω3 và ω6
Acid béo không bão hòa mạch dài, đặc biệt là acid béo ω3 và ω6, là hai loại acid béo thiết yếu với giá trị dinh dưỡng cao Nghiên cứu cho thấy cơ thể người và động vật không thể tự tổng hợp các acid béo này, mà chủ yếu phải nhận từ thực phẩm, đặc biệt là dầu thực vật Acid linoleic (C18:2ω6) và acid α-linolenic (C18:3ω3) là hai acid quan trọng nhất trong nhóm này Ngoài ra, các acid béo ω3 và ω6 cũng có thể được hình thành thông qua quá trình kéo dài mạch carbon và loại bão hòa, bao gồm acid arachidonic (AA, C20:4ω6), acid eicosapentaenoic (EPA, C20:5ω3) và acid docosahexaenoic (DHA, C22:6ω3).
18:2ω9 18:3ω6 18:4ω3 loại bão hòa (desaturase) kéo dài mạch (elongase)
20:3ω9 20:4ω6 20:5ω3 loại bão hòa (desaturase) kéo dài mạch
Hình 1.1 Các biến đổi hình thành acid béo không bão hòa mạch dài (polyunsaturated fatty acid)
AA có mặt trong tự nhiên, chủ yếu trong thịt gà và một số động vật khác, trong khi EPA và DHA được tìm thấy với số lượng lớn trong cá và các loại hải sản.
Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng các acid béo không bão hòa mạch dài đóng vai trò quan trọng trong cơ thể người, nhờ khả năng hình thành các hợp chất có đặc tính sinh học như eicosanoid Các hợp chất này giúp vô hoạt khả năng sinh cholesterol trong cơ thể, đồng thời tham gia vào quá trình chuyển đổi thành các hợp chất như protaglandin, thromboxan và leukotrien, giúp thực hiện các chức năng sinh lý quan trọng Ngoài ra, các acid béo này còn đóng vai trò cần thiết cho sự phát triển, là hợp chất căn bản cho việc thành lập thành tế bào và hình thành các hợp chất cấu trúc cần thiết của phospholipid.
- Các acid béo có cấu trúc không đặc trưng (cấu trúc hiếm):
Bên cạnh các acid béo bão hòa và không bão hòa phổ biến, thực phẩm còn chứa một lượng acid béo với cấu trúc hiếm gặp, chủ yếu từ các loại rau Những acid béo này thường không có vai trò quan trọng trong thực phẩm và có cấu trúc mạch nhánh, khác với các acid béo thông thường Acid béo mạch nhánh chủ yếu có trong vi sinh vật và một lượng nhỏ trong sữa và mỡ của động vật nhai lại như trâu và bò Acid ricinoleic (12-hydroxy-9-octadecenoic acid) là hydroxy acid quan trọng nhất trong nhóm này, là thành phần chính của dầu hải ly (castor oil).
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
Dầu và mỡ chủ yếu được cấu thành từ triglycerid phức tạp, trong đó sự phân bố của acid béo trong cấu trúc triglycerid đã được nghiên cứu và khám phá trong thời gian dài Nhiều học thuyết khác nhau về khả năng liên kết của các acid béo này đã được đề xuất.
- “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 đề cập đến sự phân bố acid béo trong triglycerid theo quy luật ngẫu nhiên, nhưng có một số điểm giới hạn đặc biệt trong dầu thực vật và mỡ động vật Cụ thể, trong dầu thực vật, các acid béo bão hòa thường ester hóa ở vị trí số 1 và 3, trong khi mỡ động vật thường gắn kết các acid này ở vị trí số 2.
(iii) Các thành phần phụ
Các acid béo t ự do và mono- , diglycerid
Trong dầu mỡ, triglycerid là thành phần chính, bên cạnh đó còn có acid béo tự do và mono-, diglycerid Sự hiện diện của nhóm hydroxyl trong cấu trúc của mono- và diglycerid cho thấy sự tổng hợp không hoàn toàn triglycerid sinh học hoặc quá trình phân giải lipid sau thu hoạch do enzyme Ngoài vai trò chỉ thị chất lượng, mono- và diglycerid còn đóng vai trò quan trọng trong việc nhũ hóa thực phẩm nhờ khả năng liên kết mạnh với các phần tử thân dầu và thân nước.
Acid béo tự do, cùng với mono- và diglycerid, là sản phẩm cuối trong quá trình phân giải lipid, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng dầu và sản phẩm thực phẩm.
Phân loại dầu mỡ thực phẩm
Dầu và mỡ thực phẩm được phân loại thành nhiều loại khác nhau dựa trên thành phần và tính chất của các acid béo Các loại dầu mỡ này có thể được chia thành 9 nhóm chính.
Chất béo sữa có nguồn gốc từ sữa động vật, chủ yếu cấu tạo từ các acid béo mạch ngắn không có nối đôi như C4:0, C6:0 và C8:0 Ngoài ra, chất béo sữa cũng chứa acid béo bão hòa mạch dài (C16:0 và C18:0) cùng với acid béo không bão hòa có một nối đôi (C18:1) Sự đa dạng này khiến chất béo sữa có điểm nóng chảy thấp và nhiệt độ nóng chảy rộng, với thành phần triglycerid phức tạp hơn so với dầu thực vật Acid béo trong chất béo sữa thường tồn tại chủ yếu ở dạng trans-, và chúng được sử dụng chủ yếu làm nguồn thức ăn cho con người do giá thành cao.
Nhóm chất béo này có đặc điểm nổi bật nhờ hàm lượng cao acid lauric (40-50% C12:0), cùng với acid myristic và các acid béo bão hòa có 8, 10 và 14 carbon Điểm khác biệt chính là tỷ lệ rất thấp của acid béo không bão hòa, dẫn đến điểm nóng chảy thấp Dù vậy, dầu dừa và dầu cọ vẫn được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm và chế biến margarine.
Nhóm chất béo này chứa triglycerid và acid béo đặc biệt, chủ yếu là các acid béo không no với một nối đôi như C18:1, C20:1 và C24:3 Bơ thực vật không chỉ có giá trị kinh tế cao mà còn được sử dụng phổ biến trong chế biến chocolate và kẹo.
Mỡ động vật chủ yếu được cấu tạo từ các acid béo C16:0, C18:0 và các acid béo không bão hòa trung bình Nhóm chất béo này có tỷ lệ triglycerid bão hòa hoàn toàn mong muốn, nhưng nhược điểm lớn nhất là chứa rất ít acid béo không bão hòa.
1.4.5 Nhóm d ầ u cá (d ầ u cá và d ầ u gan cá)
Dầu cá được chiết xuất từ các acid béo không no có mạch carbon dài, chứa ít nhất 6 liên kết đôi Mặc dù chất lượng của dầu cá rất cao, nhưng giá thành của nó lại thấp do khả năng bảo quản kém Dầu cá không ổn định, dễ bị oxy hóa và có thể phát sinh mùi khó chịu.
1.4.6 Nhóm acid oleic và acid linoleic (d ầ u olive, d ầ u c ọ , d ầ u b ắ p, d ầ u h ướ ng d ươ ng) 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 (d ầ u đậ u nành, d ầ u h ạ t 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
Dầu có hàm lượng cao acid erulic (C22:1) từ 40-50%, chủ yếu được chiết xuất từ hạt bông vải Một số nghiên cứu chỉ ra rằng acid erulic có thể gây ra các biến đổi sinh lý không mong muốn trong cơ thể người Do đó, việc tìm kiếm nguyên liệu cho dầu với hàm lượng erulic thấp đang được chú trọng nghiên cứu.
Các nghiên cứu chỉ ra rằng nhóm hydroxy acid chỉ có trong dầu hải ly (dầu castor), chiếm 90% là triglycerid của glycerin và chứa acid ricinoleic (12-hydroxyoctadec-9-enoic acid) Dầu hải ly không được khuyến nghị sử dụng trong chế biến thực phẩm.
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 bao gồm việc dầu không tồn tại ở dạng tự do mà bị nhốt trong các khe vách tế bào, dẫn đến quá trình tách chiết dầu phải trải qua nhiều bước chuẩn bị phức tạp Hơn nữa, mặc dù một số hạt có hàm lượng dầu cao, quá trình trích ly có thể giải phóng các hợp chất không mong muốn, gây khó khăn trong việc phân tách chúng khỏi dầu.
Một số hạt dầu sử dụng phổ biến trong quá trình sản xuất dầu:
Cơm dừa khô (Cocos nucifera) được trồng chủ yếu trong vùng vành đai từ 20 độ vĩ Bắc đến 20 độ vĩ Nam, nơi có nhiệt độ lý tưởng khoảng 30 độ C Nhiệt độ cao giúp quá trình làm khô cơm dừa tận dụng ánh nắng mặt trời, đồng thời vỏ dừa cũng được sử dụng làm nhiên liệu Điều này dẫn đến việc dầu dừa chứa nhiều hợp chất hydrocarbon đa vòng và thuộc nhóm acid lauric Với khối lượng phân tử triglycerid trung bình, dầu dừa có nhiệt độ nóng chảy thấp từ 24-27 độ C và mức độ không bão hòa thấp (80%), đây là nguồn quan trọng cho việc cung cấp acid linoleic tinh khiết Tuy nhiên, phần khô và bã dầu rum hầu như không có giá trị dinh dưỡng
Chế biến dầu từ hạt bông là một ngành công nghiệp quan trọng, đặc biệt ở các quốc gia như Ai Cập, Hoa Kỳ, Trung Quốc và Nga Hạt bông chứa tỷ lệ dầu cao nhưng cũng có gossypol, một hợp chất gây độc và khó tiêu hóa Do đó, việc tiền xử lý và tinh luyện dầu bông là cần thiết để loại bỏ các thành phần độc hại Dầu bông vải thuộc nhóm acid oleic-linoleic, có chứa nhiều acid béo không bão hòa nhưng cũng có tỷ lệ cao acid béo bão hòa Sản phẩm dầu bông có thể được sử dụng trong nấu nướng hàng ngày và trong ngành công nghiệp chế biến margarine và shortening.
Hình 2.1 Cấu tạo của gossypol
2.1.9 Dầu thuộc họ cải dầu (rapeseed, colza)
Dầu cải dầu được chiết xuất từ hạt của cây Brassica napus L và B campestis L thuộc họ Cruciferae, phát triển chủ yếu ở các vùng khí hậu ôn đới như Đông và Tây Âu, Canada, Ấn Độ và Trung Quốc Cải dầu nổi bật với hàm lượng cao acid erucic, mặc dù hợp chất này không gây hại về dinh dưỡng Tuy nhiên, nghiên cứu về các loại dầu có hàm lượng acid erucic thấp vẫn đang được quan tâm Dầu "Canola" là loại dầu từ hạt cải dầu phổ biến nhất hiện nay, với ba kiểu chính.
(i) Dầu có hàm lượng acid erulic cao: 20-55% acid erulic
(ii) Dầu có hàm lượng acid erulic thấp: 0-5% acid erulic
(iii) Dầu không chứa acid erulic
Dầu nhóm này nổi bật với mức độ chuyển hóa đường thấp, làm cho bã dầu trở thành nguồn nguyên liệu lý tưởng cho chế biến thức ăn gia súc Tuy nhiên, loại dầu có hàm lượng acid erucic cao không phù hợp cho cừu và gia cầm Đặc biệt, hàm lượng chất xơ cao trong họ cải dầu cũng là một điểm đáng chú ý.
2.1.10 Dầu bắp (corn oil) Được chiết tách từ phần phôi (hạt bắp) của Zea mays Dầu bắp thô có màu đỏ sậm do sự hiện diện của hợp chất carotene và xantophyllic Dầu bắp chứa một lượng tương đối cao (1-3%) phospholipid và những hợp chất không có đặc tính của dầu khác, chủ yếu là sterol (≥ 1%) Dầu bắp cũng thuộc nhóm acid oleic-linoliec với mức độ acid béo không bão hòa cao, được sử dụng chủ yếu trong chế biến dầu ăn
2.1.11 Dầu đậu nành (soybean oil) Đây là sản phẩm của quá trình ép hay trích ly hạt đậu nành Glycine max (L.) merill (họ
Đậu nành, thuộc họ Leguminosae, là nguồn cung cấp dầu thực vật chính cho chế biến thực phẩm, có nguồn gốc từ Trung Quốc nhưng hiện nay chủ yếu được sản xuất tại Mỹ và các nước Châu Mỹ Kể từ khi bắt đầu trồng vào khoảng năm 1970, Nam Mỹ đã đóng góp khoảng 25% sản lượng đậu nành toàn cầu Mặc dù quá trình ép dầu mang lại hiệu suất cao, nhưng thường kèm theo các biến đổi không mong muốn về chất lượng, như sự xuất hiện của các thành phần độc hại Do đó, phương pháp chiết tách dầu bằng trích ly đang được ưa chuộng, trong khi ép dầu chỉ được thực hiện quy mô nhỏ Dầu đậu nành chứa nhiều acid linolenic, và quá trình hydrogen hóa thường được áp dụng trong sản xuất margarine và shortening Bã đậu nành sau khi chiết tách cung cấp protein và các chất dinh dưỡng cần thiết cho gia súc.
2.1.12 Dầu đậu phộng (peanut oil)
KHÁI QUÁT CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU THÔ
3.1 SẢN XUẤT DẦU TỪ HẠT CHỨA DẦU
3.1.1 Bảo quản và sơ chế hạt dầu
3.1.1.1 Nguyên nhân gây h ư h ỏ ng h ạ t d ầ u trong quá trình b ả o qu ả n
Một trong những nguyên liệu chính để sản xuất dầu là các loại hạt có hàm lượng chất béo cao như đậu phộng, đậu nành, mè, thầu dầu và hướng dương Tất cả những loại hạt này cần được sơ chế và bảo quản đúng cách trước khi chế biến Tuy nhiên, trong quá trình bảo quản, nguyên liệu có thể gặp phải tình trạng hư hỏng do nhiều nguyên nhân khác nhau.
- Hoạt động của vi sinh vật, enzyme,
- Do phản ứng hóa học,
- Do sâu mọt, chim, chuột
(i) Sự hô hấp của hạt
Hô hấp là hoạt động sống thiết yếu của hạt, tương tự như bất kỳ cơ thể sống nào khác Quá trình này diễn ra thông qua việc trao đổi các chất dự trữ bên trong hạt với môi trường bên ngoài, chủ yếu là không khí, giúp duy trì sự sống của hạt.
Sau khi thu hoạch, hạt vẫn tiếp tục hô hấp, trong đó các chất dự trữ như glucid, protein và chất béo bị tiêu hao qua quá trình oxy hóa, giải phóng năng lượng Quá trình này diễn ra phức tạp với nhiều giai đoạn và sản phẩm trung gian, cuối cùng tạo ra khí CO2, nước và nhiệt Oxy không khí đóng vai trò quan trọng nhất trong các phản ứng này, tuy nhiên, hô hấp của hạt có thể diễn ra cả trong điều kiện có đủ oxy (hô hấp hiếu khí) và thiếu oxy (hô hấp yếm khí).
Khi hạt được bảo quản trong điều kiện tiêu chuẩn, hoạt động sống của hạt rất yếu và sự tiêu hao chất dinh dưỡng không đáng kể Tuy nhiên, khi các hoạt động sống của hạt được kích thích, quá trình hô hấp tăng lên, dẫn đến sự mất mát nhanh chóng chất dinh dưỡng Để theo dõi tình trạng hạt trong quá trình bảo quản, hai chỉ số quan trọng là cường độ hô hấp và hệ số hô hấp thường được sử dụng.
- Cường độ hô hấp: đặc trưng bằng lượng oxy hạt hấp thụ vào và lượng CO2 do hạt thải ra trong một đơn vị thời gian
- Hệ số hô hấp: là tỉ số thể tích khí CO2 thải ra và thể tích khí oxy hạt hấp thu vào trong một đơn vị thời gian
Hoạt động sống của hạt, hay cường độ hô hấp của hạt phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng chủ yếu là độ ẩm và nhiệt độ
Hoạt động sống của hạt biến đổi rất nhạy cảm với độ ẩm; khi độ ẩm đạt chuẩn, cường độ hô hấp không đáng kể, nhưng khi độ ẩm tăng lên, cường độ hô hấp bắt đầu tăng nhanh Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ hô hấp của hạt có giới hạn hơn; trong khoảng nhiệt độ 50-70°C, cường độ hô hấp tăng dần khi hạt có độ ẩm thích hợp, nhưng trên 70°C, cường độ hô hấp giảm dần và đến một giới hạn nhiệt nhất định, hạt sẽ ngừng hô hấp.
Quá trình hô hấp của các loại hạt tuân theo quy luật chung, nhưng có sự khác biệt nhỏ giữa các loại hạt do thành phần chất khác nhau, chủ yếu là dầu và chất hút nước.
(ii) Sự phá hủy do hoạt động của vi sinh vật
Sau khi thu hoạch, hạt thường bị nhiễm vi sinh vật từ đất, bụi và rác, gây nguy cơ hư hỏng nặng Các loại vi sinh vật như enzyme, nấm mốc và vi khuẩn có thể tấn công từ bề mặt hạt, làm suy giảm chất lượng và dinh dưỡng Dấu hiệu hư hỏng đầu tiên là lớp vỏ hạt sẫm màu và bị phá hủy Khi lớp vỏ bảo vệ bị tổn thương, vi sinh vật xâm nhập vào bên trong, dẫn đến mất chất dinh dưỡng và tiết ra các chất độc hại, làm giảm chất lượng sản phẩm.
Vi sinh vật cần môi trường độ ẩm cao để hoạt động và phát triển Khi độ ẩm tăng, hoạt động sống của hạt cũng gia tăng, dẫn đến việc tỏa nhiệt và độ ẩm mạnh mẽ Quá trình tương tác giữa hạt và vi sinh vật thúc đẩy lẫn nhau, nhưng cũng có thể gây ra hiện tượng bốc nóng và hư hỏng cho cả khối hạt.
Trạng thái nhiệt của khối hạt ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động của vi sinh vật, với nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển khác nhau giữa các loại vi sinh vật Có thể phân loại nhiệt độ thành ba nhóm chính.
- Nhóm ưa lạnh: phát triển ở nhiệt độ gần 0 o C
- Nhóm các vi sinh vật ưa nhiệt: phát triển ở nhiệt độ gần 50-60 o C
- Nhóm vi sinh phát triển mạnh nhất: ở nhiệt độ 20-40 o C (đây là nhóm phổ biến ở hạt)
Môi trường không khí, cùng với độ ẩm và nhiệt độ, ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động của vi sinh vật Hàm lượng oxy cao thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật ưa khí, trong khi nồng độ CO2 cao có thể kìm hãm hoạt động của chúng Để bảo quản hạt, việc nạp CO2 vào môi trường là một biện pháp hiệu quả Các phương pháp như làm lạnh, tạo chân không và nạp khí CO2 đã chứng tỏ tính hiệu quả trong việc hạn chế sự phát triển của vi sinh vật Tuy nhiên, sấy khô hạt vẫn là phương pháp đơn giản, hiệu quả và phổ biến nhất để ngăn ngừa sự hoạt động của chúng.
(iii) Sự hư hỏng hạt do các enzyme phá hủy
Enzyme lipase, phospholipase và lipoxidase là những enzyme đặc trưng quan trọng thường gặp, trong đó enzyme lipase là phổ biến nhất và thường gây hư hỏng nhiều nhất.
Lipase là enzyme thủy phân chủ yếu có trong các loại dầu, hoạt động với sự tham gia của canxi Chức năng của lipase phụ thuộc vào trạng thái sinh lý của hạt; trong quá trình chín, enzyme này kích thích tổng hợp glycerid từ acid béo và glycerin Tuy nhiên, trong quá trình chế biến và bảo quản sau thu hoạch, lipase lại gây phân hủy glycerid thành glycerin và acid béo tự do, làm tăng hàm lượng acid béo tự do và chỉ số acid, giảm chất lượng dầu Do đó, sự thủy phân glycerid là tác hại chính của lipase đối với hạt dầu trong bảo quản và chế biến Lipase trong hạt dầu cũng cho thấy khả năng chịu nhiệt cao, khi hạt được giữ ở 120°C trong 2 giờ, hoạt tính của lipase chỉ giảm 50%.
Sau 30 giờ, enzyme lipase chỉ còn 40% hoạt tính ban đầu; tuy nhiên, trong điều kiện ẩm ướt và nhiệt độ cao, enzyme này sẽ bị phá hủy nhanh chóng Giống như các enzyme khác, lipase có hoạt tính tối ưu ở một mức pH nhất định, chẳng hạn như ở hạt thầu dầu, pH tối ưu là 4,5-5, trong khi ở hạt đậu nành, pH tối ưu là 5.
- Phospholipase : enzyme thường có trong dầu, tác dụng đặc hiệu là thủy phân, phá hủy các phospholipid Trên thực tế, phospholipase tồn tại ở 4 dạng A, B, C và D
Phospholipase A thủy phân lecithin tạo thành isolecithin và 1 phân tử acid béo Dạng B thủy phân isolecithin thành 2 acid béo tự do
Dạng C phân cắt liên kết ester giữa acid phosphoric và glycerin
Dạng D phân cắt liên kết giữa acid phosphoric và baz nitơ
Kết quả các quá trình tác dụng của phospholipase làm giảm phẩm chất của dầu, chỉ số acid tăng, phospholipid bị phá hủy
Lipoxidase là một enzyme có khả năng xúc tác và thúc đẩy phản ứng oxy hóa các acid béo không no, dẫn đến sự hình thành hydroperoxit - các hợp chất không bền và dễ phân hủy Sự hình thành hydroperoxit trong dầu có thể tạo ra các chất độc, làm giảm chất lượng sản phẩm Enzyme này hoạt động hiệu quả nhất ở nhiệt độ từ 20-40 độ C và mất hoạt tính ở trên 80 độ C, với pH tối ưu từ 6,5-7,5 Do đó, quá trình đốt nóng và điều chỉnh pH trong hạt được coi là biện pháp hiệu quả để hạn chế sự phá hủy của lipoxidase.
(iv) Sự phá hủy do các phản ứng hóa học
Hạt có dầu chứa đầy đủ các nhóm chất hữu cơ và vô cơ, tạo điều kiện cho nhiều phản ứng biến đổi xảy ra Các phản ứng hóa học phổ biến bao gồm oxy hóa, thủy phân, biến tính nhiệt của protein, và phản ứng biến đổi màu Maillard.
(v) Sự hư hao do sâu, mọt, chim, chuột
KỸ THUẬT TINH LUYỆN DẦU MỠ
Dầu mỡ thô chứa khoảng 95% glycerid cùng với các tạp chất như cặn, vỏ hạt, xác quả và các thành phần phospholipid, sáp, điều này khiến chúng không đáp ứng được yêu cầu sử dụng trong công nghiệp và thực phẩm Những tạp chất này có thể gây biến đổi, ảnh hưởng đến chất lượng dầu mỡ trong quá trình cất giữ và bảo quản Do đó, quá trình tinh luyện được thực hiện nhằm loại bỏ các tạp chất, đảm bảo chất lượng dầu mỡ khi sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau.
Tinh luyện là kỹ thuật cơ bản trong chế biến dầu mỡ thực phẩm, giúp chuyển đổi dầu thô thành dầu tinh luyện đạt tiêu chuẩn Sự phát triển của kỹ thuật này đã mở rộng phạm vi sử dụng các nguồn dầu khác nhau, tăng cường sản lượng dầu cung cấp cho thực phẩm Nhiều nguồn dầu mỡ không có giá trị thực phẩm ban đầu nhưng qua quá trình tinh luyện có thể trở thành những nguồn dầu mỡ chất lượng Mục tiêu của tinh luyện là loại bỏ tối đa các thành phần không mong muốn, để cuối cùng chỉ còn lại glycerid và các hợp chất chống oxy hóa tự nhiên, cũng như carotene trong dầu.
Dầu mỡ tinh luyện cho thực phẩm là loại dầu mỡ đạt tiêu chuẩn chất lượng cao nhất và hoàn chỉnh nhất Quá trình tinh luyện này bao gồm các bước chính như:
- Phương pháp tách loại cơ học,
Mỗi công đoạn trong quy trình tinh luyện dầu mỡ đều có tác dụng và đặc điểm riêng, nhằm loại bỏ triệt để các tạp chất Tùy thuộc vào thành phần và chất lượng của dầu mỡ thô cũng như yêu cầu chất lượng cuối cùng, có thể áp dụng toàn bộ quy trình hoặc chỉ một số giai đoạn phù hợp Do dầu mỡ là hỗn hợp phức tạp, cần sử dụng nhiều phương pháp khác nhau cho từng loại dầu Những phương pháp này được kết hợp theo trình tự nhất định, tạo thành quy trình tinh luyện, trong đó mỗi phương pháp là một giai đoạn quan trọng trong sản xuất.
Ngoại trừ một số loại dầu đặc biệt như dầu olive, dầu cọ, bơ cacao và mỡ heo có thể sử dụng ngay sau khi tách chiết hoặc chỉ cần tinh luyện cơ học, hầu hết các loại dầu mỡ đều cần phải trải qua quy trình hỗn hợp Đối với những loại dầu mỡ có chất lượng kém hoặc dầu sau tinh luyện cần đạt tiêu chuẩn cao, quy trình hoàn chỉnh thường được áp dụng.
Nói tóm lại việc xác định quy trình tinh luyện cho mỗi loại dầu mỡ phải được xác lập dựa trên hai yếu tố cơ bản:
- Bản chất các thành phần tạp chất có trong dầu mỡ,
Yêu cầu về chất lượng dầu mỡ tinh luyện cần phù hợp với nhu cầu của từng đối tượng sử dụng Quá trình tinh luyện hoàn chỉnh được thể hiện qua sơ đồ hình 4.1.
Nguyên liệu thô Dầu thô
Tinh luyện “hóa học” Tinh luyện “vật lý”
Dầu sau trung hòa Tẩy trắng bằng chất hấp phụ Tẩy trắng bằng chất hấp phụ
SP trung gian Xà phòng Dầu sau tẩy màu Đất tẩy trắng Đất tẩy trắng Dầu sau chứa dầu chứa dầu tẩy màu
Acid hóa Khử mùi/Tẩy màu bằng nhiệt Tách loại dầu Loại acidbéo/ Khử mùi/
SP cuối Dầu acid Dầu tinh luyện Cặn dầu Bã chất hấp phụ Dầu tinh luyện
Nước thải chứa acid hoàn chỉnh Dầu thu hồi Acid béo
Hình 4.1 Sơ đồ quy trình tinh luyện dầu tổng quát
4.2 CÁC CÔNG ĐOẠN CHÍNH CỦA QUÁ TRÌNH TINH LUYỆN
4.2.1 Các phương pháp tinh luyện cơ hoc
Các phương pháp sơ bộ này chủ yếu nhằm loại bỏ tạp chất có trong dầu thô như vỏ hạt và rác, đồng thời tách một phần các chất keo hòa tan như sáp và phospholipid Những phương pháp này thường được kết hợp với các quy trình khác như thủy hóa, trung hòa và tách sáp để nâng cao chất lượng dầu.
4.2.1.1 Ph ươ ng pháp l ắ ng
Phương pháp lắng dựa trên sự khác biệt về tỷ trọng giữa dầu mỡ và các tạp chất, cho phép các tạp chất có tỷ trọng lớn hơn lắng xuống sau một thời gian Các tạp chất này bao gồm tạp chất cơ học, nước trong dầu và các thành phần rắn Ngoài việc loại bỏ tạp chất rắn, phương pháp này còn có khả năng loại trừ một số tạp chất hòa tan như sáp, phospholipid và protein, nhờ vào việc giảm nhiệt độ để làm giảm độ hòa tan của chúng Nhiệt độ ngưng kết giới hạn là mức nhiệt độ tại đó các tạp chất có tính keo hòa tan có thể tách ra hoàn toàn khỏi dầu Sau khi tách ra, có thể sử dụng các phương pháp phân ly thông thường để tách dầu và tạp chất Để tăng tốc độ lắng, đặc biệt khi dầu chứa nhiều nước, có thể thêm các chất hút nước như CaCl2, Na2SO4 khan hoặc các chất điện ly như NaCl.
Phương pháp lắng liên tục được sử dụng để tách các tạp chất cơ học thông qua thiết bị lắng nhiều khoang Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý chênh lệch khối lượng riêng giữa tạp chất và dầu, cùng với sự khác biệt về vận tốc chuyển động của chúng trên đĩa nghiêng.
4.2.1.2 Ph ươ ng pháp ly tâm
Phương pháp này sử dụng lực ly tâm thay vì trọng lực để tách dầu và tạp chất, giúp tăng tốc độ phân ly và loại bỏ các cặn có kích thước nhỏ hiệu quả hơn.
Máy ly tâm là thiết bị hiệu quả trong việc tách nước khỏi dầu và loại bỏ các tạp chất rắn như cặn xà phòng, sáp và photphatid Tuy nhiên, khi dầu chứa quá nhiều tạp chất cơ học, việc sử dụng máy ly tâm trở nên hạn chế do lồng quay dễ bị đầy tạp chất, gây khó khăn trong việc vệ sinh và bảo trì.
Hình 4.2 Máy ly tâm dạng dĩa
Phương pháp tách chất rắn khỏi dầu mỡ sử dụng màng lọc, trong đó các tạp chất bám lên bề mặt tạo thành lớp bã lọc, đồng thời lớp bã này cũng trở thành màng lọc Để nâng cao độ sạch và cải thiện màu sắc của dầu thô, có thể thêm vật liệu lọc như than hoạt tính hoặc đất hoạt tính lên màng lọc, hoặc ghép thêm lớp giấy lọc để loại bỏ các tạp chất nhỏ Giấy lọc còn có khả năng hấp thụ nước và xà phòng, giúp dầu sau khi lọc trở nên trong suốt và không bị vẩn đục.
Tốc độ lọc tăng khi áp suất lọc và đường kính lỗ xốp của màng lọc tăng lên, trong khi đó, tốc độ này sẽ giảm khi độ nhớt của chất lỏng và chiều dày lớp bã lọc tăng.
Thiết bị lọc thường sử dụng là thiết bị lọc khung bản (hình 4.3) Có 2 phương pháp được áp dụng cho thiết bị này là lọc nóng và lọc nguội
Quá trình lọc dầu có thể áp dụng phương pháp lọc nóng, lọc nguội hoặc kết hợp cả hai, tùy thuộc vào từng loại dầu cụ thể.
Lọc nóng là phương pháp hiệu quả để loại bỏ tạp chất cơ học trong dầu Nhiệt độ lý tưởng cho quá trình này thường trên 55 o C, với mức tối ưu là 80 o C, giúp loại trừ các tạp chất rắn như rác và vỏ hạt.
CÁC QUÁ TRÌNH LÀM THAY ĐỔI ĐẶC TÍNH DẦU MỠ
Quá trình này chủ yếu nhằm thay đổi thành phần acid béo và triglycerid trong dầu mỡ, dẫn đến sự biến đổi tính chất vật lý của chúng Dựa trên cơ sở này, ba quá trình được áp dụng để biến đổi đặc tính dầu mỡ, từ đó tạo ra nhiều sản phẩm đa dạng và tiện dụng trong ngành thực phẩm.
- Chiết phân đoạn và đông hóa dầu (Fractionation-Winterization)
- Quá trình hydro hóa dầu (Hydrogenation)
- Quá trình ester hóa nội phân tử (Interesterification)
Ngoài ba quá trình biến đổi cơ bản của dầu mỡ, còn nhiều quá trình khác như xà phòng hóa, halogen hóa và dimer hóa được áp dụng Tuy nhiên, sản phẩm từ những quá trình này thường không được sử dụng trong thực phẩm.
Các quá trình biến đổi này được tổng hợp theo sơ đồ hình 5.1
Hydrogen hóa chiết phân đoạn và đông hóa ester hóa nội phân tử là quy trình quan trọng trong ngành công nghiệp dầu mỡ Nguyên liệu thô bao gồm dầu sau tẩy trắng, dầu thô đã thủy hóa và dầu sau trung hòa, sấy khô, đóng vai trò then chốt trong việc cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Xúc tác→←H Nước+ phụ gia →← Dung môi Xúc tác→
Quá trình chính Hóa rắn Tách phân đoạn/Kết tinh Ester hóa nội phân tử
TP riêng Tổng SP Phần ẩm Dung môi TP riêng Tổng SP
Chọn lọc Loại Khô (trực tiếp)
Phân tách Phân tách Phân tách
SP trung gian Dầu t.t rắn Xúc tác Rắn Lỏng Dầu đã ester hóa Xúc tác
Sau xử lý Tinh luyện lại Khử d.môi/Rửa Tinh luyện lại
Sản phẩm cuối Dầu t.t rắn đã tinh luyện Stearin thô/ Olein thô/
Stearin đã đông hóa/Sáp Dầu salad Dầu sau ester hóa và tinh luyện
Hình 5.1 Sơ đồ biến đổi đặc tính dầu
5.2 CHIẾT PHÂN ĐOẠN VÀ ĐÔNG HÓA DẦU (FRACTIONATION- WINTERIZATION)
Chiết phân đoạn, được nghiên cứu và áp dụng từ năm 1869 bởi Hippolyte Méges-Mouries, là quá trình cơ bản trong chế biến margarine Quá trình này tạo ra hai nhóm sản phẩm: phần rắn "stearin" và phần lỏng "olein", cải thiện chất lượng dầu bằng cách tách stearin và tăng lượng triglycerid không bão hòa Điều này giúp nâng cao chất lượng dầu, đặc biệt trong chế biến dầu trộn salad và các loại dầu khác Một ứng dụng quan trọng khác là tạo ra dầu với thành phần hẹp hơn và độ nóng chảy cao, phù hợp cho chế biến chocolate và sản phẩm kẹo Đông hóa, một quá trình kết tinh phân đoạn, giúp loại bỏ các phần rắn không mong muốn, nguyên nhân gây đám mây trong dầu khi lạnh, từ đó nâng cao giá trị cảm quan của dầu Các phần tử rắn này có thể là sáp, triglycerid có độ nóng chảy cao hoặc dầu polymer hóa Đông hóa được thực hiện bằng cách hạ nhiệt độ dầu, giúp các phần tử rắn liên kết và dễ dàng tách ra Trong chế biến dầu bông, đông hóa là giai đoạn quan trọng, đã được áp dụng từ xa xưa bằng cách để dầu trong thùng gỗ ngoài trời vào mùa đông Mặc dù một số ý kiến cho rằng đông hóa không thay đổi đặc tính dầu mỡ, nhưng nó là bước không thể thiếu trong tinh luyện dầu, thường đi kèm với tách sáp.
5.2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình chiết phân đoạn
Dầu và mỡ là hỗn hợp của các triglycerid khác nhau, không phải là hợp chất đồng nhất hóa học Mỗi triglycerid có điểm nóng chảy riêng, phụ thuộc vào cấu tạo của acid béo Do đó, mỗi loại dầu mỡ không có điểm nóng chảy cố định mà có khoảng nóng chảy theo thành phần Quá trình chiết tách dầu dựa trên đặc điểm này để phân tách các triglycerid với điểm nóng chảy khác nhau Giản đồ pha cho quá trình phân tách hỗn hợp hai cấu tử (hai pha rắn - lỏng) được sử dụng trong phân tách dầu.
Hình 5.2 Giản đồ pha của quá trình phân tách hỗn hợp hai cấu tử rắn - lỏng
Theo sơ đồ, quá trình bắt đầu bằng việc làm lạnh hỗn hợp AB chứa thành phần d ở trạng thái lỏng đến nhiệt độ T1, dẫn đến sự phân tách thành hai pha lỏng a1 và pha rắn b1, trong đó có sự hiện diện của cả B và A Khi nhiệt độ tiếp tục hạ xuống T2, pha rắn b1 tiếp tục phân tách thành hai phần: lỏng a2 và rắn b2 Từ pha rắn này, hợp chất tinh khiết B có thể được thu hồi, trong khi điểm eutectic d có thể thu được từ pha lỏng.
5.2.3 Kỹ thuật chiết phân đoạn
Quá trình chiết phân đoạn gồm 4 bước cơ bản:
- Giảm độ hòa tan của các triglycerid có mức độ bão hòa cao hơn nhờ quá trình làm lạnh
- Tạo mầm kết tinh cho những hợp chất quá bão hòa và xúc tiến việc phát triển tinh thể
Để duy trì sự phát triển tinh thể, cần kiểm soát nhiệt độ và thời gian một cách hợp lý, đồng thời thực hiện quá trình khuấy trộn Nhiệt độ tạo thành trong quá trình kết tinh được điều chỉnh thông qua quá trình làm lạnh.
- Phân tách phần kết tinh ra khỏi pha lỏng bằng phương pháp cơ học
Tùy thuộc vào tính chất của nguyên liệu và mục đích sử dụng, có nhiều quá trình phân tách khác nhau được áp dụng Các phương pháp tách phân đoạn chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực này.
- Tách phân đoạn khô: mục đích tạo ra những tinh thể kích thước lớn
Phân đoạn Lanza, được phát minh bởi Fratelli Lanza vào năm 1905, sử dụng chất tẩy rửa làm dung môi để thực hiện quá trình phân tách Phương pháp này có khả năng phân tách nhiều tinh thể có kích thước nhỏ trong thời gian ngắn, nhưng vẫn có thể để lại một lượng lớn olein trong sản phẩm cuối cùng.
Tách phân đoạn ẩm bằng cách sử dụng dung môi dựa trên sự khác biệt về khả năng hòa tan, thay vì dựa vào độ nóng chảy của hai pha rắn - lỏng có trong dầu.
Việc lựa chọn kỹ thuật phân tách ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng sản phẩm cuối cùng Chẳng hạn, trong quá trình phân tách dầu cọ, hàm lượng rắn thu được sẽ khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ và phương pháp áp dụng.
A: Tách phân đoạn Lanza B: Tách PĐ khô/làm lạnh chậm C: Tách PĐ khô/làm lạnh nhanh
Olein dầu cọ Dầu cọ
Hình 5.3 Hàm lượng rắn của stearin dầu cọ thu được theo các phương pháp phân tách khác nhau
Xác định điểm tới hạn trong quá trình phân tách là yếu tố quan trọng, phụ thuộc vào việc điều khiển quá trình làm lạnh Quá trình này bị ảnh hưởng trực tiếp bởi phương pháp kết tinh được lựa chọn và hiệu quả của quá trình phân tách.
Một số loại mỡ có khả năng kết tinh nhanh chóng, trong khi những loại khác lại cần thời gian dài hơn để thực hiện quá trình này Thời gian kết tinh phụ thuộc vào thành phần chất béo và các đặc tính tự nhiên của triglycerid có trong mỡ.
Sự phân bố và kích thước của tinh thể chịu ảnh hưởng trực tiếp từ phương pháp làm lạnh và quá trình khuấy trộn Tốc độ kết tinh lại phụ thuộc vào thiết kế của thiết bị kết tinh.
- Kết tinh là một phản ứng tỏa nhiệt; chính vì vậy, hiệu quả kết tinh phụ thuộc rất
Chính vì vậy, sự khuấy trộn đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình kết tinh:
- Tránh sự quá nhiệt cục bộ ở một số vị trí;
- Đảm bảo quá trình truyền nhiệt đồng đều;
- Đảm bảo đủ nguyên liệu chuyển thành tinh thể trong suốt tiến trình ở tất cả các vị trí
Quá trình chiết phân đoạn được đánh giá dựa trên tỷ lệ giữa hiệu suất phân tách olein thực tế và hiệu suất lý thuyết, được gọi là yếu tố phân tách.
CÁC SẢN PHẨM TỪ DẦU MỠ
Dầu mỡ là thành phần thiết yếu trong chế độ ăn hàng ngày, cung cấp năng lượng và các acid béo cần thiết cho cơ thể, cùng với vitamin hòa tan trong chất béo Ngoài giá trị dinh dưỡng, dầu mỡ còn nâng cao giá trị cảm quan của món ăn, tạo cảm giác ngon miệng Tuy nhiên, lạm dụng dầu mỡ có thể dẫn đến béo phì và gia tăng nguy cơ bệnh tim mạch do cholesterol cao Do đó, nghiên cứu và phát triển các sản phẩm từ dầu mỡ đang được chú trọng.
Các sản phẩm từ dầu mỡ có thể được chia thành 2 dạng chủ yếu:
- Sản phẩm nhũ hóa với hàm lượng dầu cao: margarine, mayonnaise, bơ…
- Sản phẩm không nhũ hóa: shortening, dầu sử dụng cho quá trình chiên nhúng trong dầu,…
Công nghệ chế biến margarine được phát minh vào năm 1869 do ông Hippolyte Megi
- Marie’s (người Pháp) và đã được chính phủ Pháp trao giải thưởng nhờ các ích lợi mà nó đã mang lại
Margarine là một loại nhũ tương nước trong dầu, được phát triển như một sự thay thế cho bơ động vật Ban đầu, sản phẩm này không được đánh giá cao và có mức độ chấp nhận thấp trên thị trường Margarine được chế biến từ sự kết hợp của sữa và mỡ bò Trong thời kỳ Chiến tranh thế giới thứ II, Napoleon III đã sử dụng margarine để cung cấp dinh dưỡng cho quân đội Pháp trong cuộc chiến với Đức Ngay từ đầu cuộc chiến, các cơ sở sản xuất margarine đã được thiết lập gần trung tâm Paris, nhưng nhanh chóng đóng cửa sau khi quân đội Pháp giành chiến thắng.
Margarine, được phát minh từ công nghệ sản xuất và phân phối bơ Hà Lan, đã nhanh chóng khẳng định vị thế của mình tại Châu Âu sau nhiều sự kiện đặc biệt Sản phẩm này đã giành được thị phần quan trọng trong cuộc cạnh tranh với bơ động vật ở nhiều quốc gia châu lục Mặc dù ban đầu margarine không được đánh giá cao bởi các nhà sản xuất bơ, nhưng sự chấp nhận của người tiêu dùng đã giúp nó vượt qua những định kiến và trở thành một lựa chọn phổ biến.
Margarine đã phát triển song hành với xu hướng chế biến các sản phẩm cung cấp chất béo, có tính chất điều chỉnh để phù hợp với nhu cầu nấu nướng hàng ngày và sản xuất bánh mì Khối lượng sản phẩm margarine được sản xuất và tiêu thụ hàng năm phản ánh thói quen ăn uống của từng quốc gia Tại các quốc gia Nam Âu, nơi có truyền thống sử dụng dầu lỏng, margarine không được ưa chuộng, trong khi ở các quốc gia như Hà Lan và Đan Mạch, margarine lại được tiêu thụ với số lượng lớn.
Bảng 6.1 Các dạng margarine theo tiêu chuẩn sản xuất của Luật thực phẩm Châu Âu (2991/94)
Nhóm chất béo Dạng sản phẩm
Tính chất (dựa vào % chất béo)
Mỡ hay chất béo có cấu trúc rắn, dễ dàng sử dụng trong việc hình thành nhũ tương nước trong dầu
- Dầu thực vật ở dạng lỏng hay rắn,
- Mỡ động vật thích hợp cho sự tiêu thụ của người (hàm lượng chất béo sữa không vượt quá 3%)
4 Bơ phết bánh (fat spread X%)
Sản phẩm chế biến từ dầu và mỡ động vật với hàm lượng béo từ 80-90%
Sản phẩm chế biến từ dầu và mỡ động vật với hàm lượng béo từ 60-62%
Sản phẩm chế biến từ dầu và mỡ động vật với hàm lượng béo từ 39-41%
Sản phẩm chế biến từ dầu và mỡ động vật với hàm lượng béo thay đổi:
Ghi chú: Theo Đan mạch (1) hàm lượng béo 60% (2) hàm lượng béo 40%
Sự thành công của margarine đã dẫn đến việc tăng mạnh hàm lượng mỡ bò trong sản phẩm, vượt quá khả năng cung cấp của các quốc gia xuất khẩu lớn như Mỹ và Argentina Để giải quyết tình trạng thiếu hụt, dầu dừa được xem xét như một nguồn cung cấp chất béo rắn thay thế cho mỡ bò, nhưng vẫn không đủ đáp ứng nhu cầu, góp phần làm tăng giá thành sản phẩm Do đó, công nghệ chuyển đổi dầu từ dạng lỏng sang dạng rắn thông qua quá trình tách phân đoạn và hydrogen hóa đã ra đời, cung cấp nguyên liệu ổn định cho ngành chế biến margarine Hiện nay, margarine chủ yếu được sản xuất từ dầu thực vật.
Margarine là một loại nhũ tương nước trong dầu, chứa 80% chất béo và dầu, với 20% là dung dịch các thành phần hòa tan trong dầu Trong đó, ít nhất 12% triglycerid của chất béo ở dạng rắn ở nhiệt độ phòng, trong khi phần còn lại vẫn lỏng Mạng tinh thể chất béo trong margarine giúp giữ cho phần dầu lỏng được phân bố đều, với kích thước mỗi đơn vị mạng lưới khoảng 15 - 20 micromet Sự ổn định cơ học của margarine phụ thuộc vào mạng tinh thể và hệ nhũ tương, đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Hệ thống mạng này phân tán các giọt nước rất mịn, giúp ngăn chặn sự tấn công của vi khuẩn trong hệ nhũ tương Việc sắp xếp trật tự các giọt nước nhỏ hơn kích thước vi khuẩn tạo ra môi trường không thuận lợi cho sự phát triển của chúng.
Trong chế biến margarine, yêu cầu về hàm lượng chất béo cao và cấu trúc chặt chẽ đòi hỏi quá trình tạo nhũ tương phải được tối ưu hóa Tuy nhiên, việc liên kết quá mức có thể làm phá vỡ các bộ phận của mạng tinh thể Để khắc phục tình trạng này, sự kết tụ của tinh thể được khuyến nghị nhằm phục hồi ổn định cấu trúc Sau khi chế biến và bao gói, các tinh thể tiếp tục phát triển, giúp margarine đạt được độ chín và độ cứng mong muốn.
Tính chất dẻo của chất béo chủ yếu phụ thuộc vào số lượng, kích thước, hình dạng, sự phân bố và lực liên kết của các tinh thể trong hệ thống Hỗn hợp chất béo trong margarine thường kết tinh ở dạng α, nhưng khi chế biến, nhiệt độ tăng khiến các tinh thể chuyển sang dạng β Sự chuyển đổi này phụ thuộc vào loại triglycerid, hàm lượng, cấu tạo và chiều dài mạch acid béo của từng thành phần, cũng như quy luật chuyển pha của chúng.
Việc lựa chọn chất béo để chế biến margarine cần dựa trên ba tiêu chuẩn chính: tính chất vật lý, giá trị dinh dưỡng ổn định và nguồn gốc của chất béo Sự thay đổi của các điều kiện này có ảnh hưởng lớn, bởi mỗi hỗn hợp chất béo có thể biến đổi trong một phạm vi tương đối rộng Do đó, việc chú trọng đến các tiêu chí này là cần thiết để lựa chọn được hỗn hợp chất béo phù hợp với yêu cầu và chi phí thấp nhất.
Thành phần hỗn hợp chất béo trong margarine đã được điều chỉnh để phù hợp với sự phát triển của thị trường trong suốt hơn một thế kỷ qua.
Năm 1917, hơn 60% chất béo trong margarine tại Mỹ có nguồn gốc từ động vật, nhưng đến năm 1948, tỷ lệ này đã giảm xuống dưới 2%, thay vào đó là sự gia tăng sử dụng dầu dừa.
Vào những năm 1930, hơn 40% nguyên liệu sản xuất margarine ở Châu Âu là từ mỡ cá voi Hiện nay, chất béo động vật gần như không còn được sử dụng, thay vào đó, chất béo và dầu thực vật đã trở thành lựa chọn chủ yếu trên thị trường tiêu thụ toàn cầu.
Sự cạnh tranh trong ngành sản xuất margarine tại Mỹ và Châu Âu ngày càng trở nên khốc liệt Tại Mỹ, dầu bông vải được sử dụng phổ biến trong quy trình sản xuất margarine, trong khi ở một số khu vực Châu Âu, nguyên liệu này lại rất hiếm do giá cả cao Sự biến động về giá nguyên liệu đã dẫn đến việc thành phần chất béo trong margarine có thể thay đổi ngay cả trong cùng một thương hiệu theo từng thời điểm.
6.2.3.2 Các ch ấ t hoà tan trong n ướ c
Pha nước trong sản phẩm margarine chứa khoảng 15% - 17% các chất hòa tan, với các thành phần chính bao gồm các chất hòa tan quan trọng.
