Đồ án Sản xuất dầu mè tinh luyện

MỤC LỤC NGUYÊN LIỆU GIỚI THIỆU Cây mè là loại cây lá khổ rộng được trồng vào vụ mùa hè, thuộc họ cây Pedaliaceae, có hoa hình chuông và lá đối nhau. Scientific classification Kingdom: Plantae Division: Magnoliophyta Class: Magnoliopsida Order: Lamiales Family: Pedaliaceae Genus: Sesamum Species: S. indicum Binomial name Sesamum indicum L Mè là cây trồng hằng năm, thân thẳng đứng có thể cao từ 4 – 7 feet (50 – 100 cm). Hình 1. Cây mè Hoa xuất hiện khoảng 38 – 45 ngày sau khi trồng, với 2 hoa trên một cuống có sau 35 – 40 ngày. Một vài loại có khoảng 6 hoa trên một cuống có sau 25 – 40 ngày. Hạt mè vô định hình. Một và nơi trên thế giới, cây sẽ tiếp tục trổ hoa từ khi cắt đi. Hầu hết các quả nang sẽ tách ra khi trưởng thành. Trên một nang thường chứa khoảng chừng 50 – 80 hạt. Với quả nang đầu tiên có độ cao từ 1 – 2.5 feet từ mặt đất, phụ thuộc vào độ ẩm, phân bón, nhiệt độ và nhiều yếu tố khác. Hình 2. Hạt mè vàng và hạt mè đen Hạt mè chủ yếu được trồng để lấy dầu, những hạt này có những màu sắc thay đổi từ trắng kem đến màu đen tuyền. Những hạt mè nhỏ thường được dùng toàn bộ trong nấu ăn giúp cho việc làm tăng mùi thơm của thức ăn và chế tạo dầu mè. Hạt mè đôi khi cũng được dùng làm bánh mì, bao gồm bánh mì nướng kiểu vòng tròn và rắc trên mặt bánh mì. Hạt mè, có thể được nướng bên trong bánh quy giòn, thường ở dạng que. Mè được trồng phổ biến ở các quốc gia vùng nhiệt đới (nhất là ở Ấn Độ). Có nhiều loại mè: mè đen, mè vàng, mè một vỏ và mè hai vỏ. Dầu ép ra từ hạt có màu vàng nhạt đến vàng (đối với mè vàng), có mùi thơm đặc trưng. Hạt mè chứa khoảng 44– 52.5% dầu, 18 – 23.5% protein, 13.5% carbohydrate, 5.3% khoáng, 5.2 – 6% ẩm (Johnson, Suleiman & Lucas, 1979; Kahyaoglu & Kaya, 2006). Các acid béo trong hạt mè, tính theo phần trăm tổng acid béo, như sau: 45.3 – 49.4% oleic, 37.7 – 41.2% linoleic và 12 – 16% acid béo bão hòa (SFAs) Bảng 1. Thành phần acid béo trong hạt mè Hạt mè giàu mangan, đồng và calcium (90mg/1 muỗng súp hạt chưa bóc vỏ, 10mg đã bóc vỏ) và chứa vitamine B1 (Thiamine) và vitamine E (chứa chủ yếu là 2 loại: α-tocopherol 50 – 373ppm và γ-tocopherol 90 – 390ppm). Chúng chứa đựng một số chất có khả năng chống oxy hoá như lignans – có khả năng chống ung thư. Hạt mè cũng chứa phytosterols hàm lượng tổng là 900 – 3000ppm. Những phytosterols chủ yếu gồm có: β-sitosterol (>80% tổng phytosterols), campesterol (khoảng 10%) và stigmasterol (<5%). Chất dinh dưỡng của hạt mè được hấp thụ tốt nếu chúng được nghiền hoặc nghiền thành bột trước khi sử dụng. Hình 3. Cấu trúc các lignans trong hạt mè CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG Chỉ tiêu chất lượng của hạt mè đưa sản xuất Hạt mè đưa vào sản xuất phải chứa 98% hạt mè vàng Cảm quan: không có lẫn sạn, đá, cát, không có sâu mọt, không vón cục. Độ ẩm: không quá 6% Tạp chất: không quá 2% Hàm lượng dầu: tối thiểu 44% Acid béo tự do (FFAs): không quá 2% tính theo acid oleic Chỉ tiêu chất lượng của dầu mè thô Vật lý: Tỷ khối: 0.91 – 0.92 g/ml. Chỉ số khúc xạ ở 300C: 1.4665 – 1.472 Hóa học: Acid béo tự do (FFAs): không quá 3% tính theo acid oleic. Thành phần acid béo no (chủ yếu là acid palmitic): 12 – 15% Thành phần acid béo không no (chủ yếu là oleic và linoleic): 75 – 78% Độ ẩm: tối đa 0.5% Chỉ số Iod: 103 – 120 mg I2/g Chỉ số xà phòng: 186 – 196 mg KOH/g Hàm lượng chất không xà phòng hóa: 0.8% Cảm quan: có mùi thơm đặc trưng của dầu mè, không có mùi ôi chua và mùi lạ. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU MÈ TINH LUYỆN Quy trình 1: Tách dầu bằng phương pháp ép Sàng, Phân Loại Expander Ép dầu Hạt mè Tạp chất Sản phẩm Nghiền Lọc Thủy hóa Trung hòa Ly tâm Tẩy trắng Lọc Khử mùi Lọc Cặn Nước, H3PO4 đđ NaOH Tạp chất Đất tẩy màu Đất tẩy màu Hơi nước Quy trình 2: Tách dầu bằng phương pháp trích ly Sàng, Phân Loại Expander Trích ly Hạt mè Tạp chất Sản phẩm Nghiền Lọc Chưng cất Trung hòa Ly tâm Tẩy trắng Lọc Khử mùi Lọc Cặn Nước, H3PO4 đđ NaOH Tạp chất Đất tẩy màu Đất tẩy màu Hơi nước Thủy hóa Hexane THUYẾT MINH QUY TRÌNH QUY TRÌNH 1 Phân loại và tách tạp chất Mục đích: Chuẩn bị cho quá trình nghiền Tạp chất thường gặp là thân, vỏ, lá, hạt vỏ, bụi, đá nhỏ và những loại hạt khác lẫn vào. Do kích thước hạt có liên quan đến hàm lượng dầu trong hạt nên để khống chế các chỉ tiêu kỹ thuật trong quá trình được dễ dàng yêu cầu nguyên liệu đưa vào sản xuất phải đồng nhất về kích thước. Mặt khác, quá trình sản xuất yêu cầu một độ sạch nhất định, các tạp chất sẽ làm giảm năng suất tách dầu, ảnh hưởng bất lợi đến chất lượng dầu, tăng độ mài mòn và gây nguy hiểm đến thiết bị. Biến đổi Vật lý: loại tạp chất, trọng lượng khối hạt giảm Cảm quan: chất lượng khối hạt đồng đều Thiết bị: sàng rung Cấu tạo: Bộ phận chủ yếu của máy sàng là 2 lưới sàng kích thước lỗ khác nhau đặt nghiêng 10 – 120, bộ phận tạo rung gắn với động cơ. Ngoài ra, máy sàng còn kết hợp thêm nam châm điện để tách kim loại, và bộ phận hút khí để tách bụi. Nguyên tắc hoạt động: Khi cho nguyên liệu vào máy sàng, dưới tác động của lực rung, nguyên liệu sẽ trải đều trên bề mặt lưới. Lưới trên có kích thước lỗ lớn sẽ giữ lại các tạp chất lớn như lá cây, đất đá cũng như các hạt khác lẫn vào. Lưới trên kích thước nhỏ đủ để giữ lại hạt mè và để cho bụi và tạp chất nhỏ hơn đi qua. Mè được thu hồi ở ngăn giữa. Trong khi chất thải tách ra từ nam châm được bỏ đi, các vật liệu khác có thể được dùng làm chất đốt, hoặc có thể thêm vào trong thức ăn gia súc. Hình 4. Thiết bị sàng rung Hình 5. Cấu tạo thiết bị sàng rung Thông số kỹ thuật: Sấy Mục đích: Chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo Hạt mè có độ ẩm cao làm giảm hiệu suất của quá trình nghiền cũng như gây khó khăn cho tách dầu. Biến đổi: Vật lý: trọng lượng khối hạt giảm, làm co thể tích hạt Hóa học: Giảm hàm ẩm. Trong quá trình bảo quản, độ ẩm hạt mè có thể tăng lên đến khoảng 8 – 13%. Quá trình sấy sẽ làm giảm độ ẩm xuống đến độ ẩm cần thiết cho nghiền (6 – 8%) Khi nhiệt độ quá 630C sẽ làm tăng đặc biệt màu của bã dầu và dầu, làm biến tính protein, tăng nồng độ nonhydratable phosphatide trong dầu thô Hóa lý: có sự chuyển pha của nước trong nguyên liệu sang dạng hơi Hóa sinh: (không đáng kể) góp phần vô hoạt enzyme Sinh học: ức chế một số vi sinh vật Thiết bị: thiết bị sấy tầng sôi Cấu tạo Quá trình sấy được thực hiện trong tháp đứng, dùng khí là tác nhân gia nhiệt. Khi tăng nhiệt độ sấy sẽ làm quá trình sấy diễn ra nhanh hơn nhưng không được gần nhiệt độ nguy hiểm cho hạt. Hình 6. Thiết bị sấy tầng sôi Hệ thống gồm thiết bị sấy có kết cấu phức tạp; các bộ lọc thô, lọc tinh không khí 1 và 2; bộ lọc khí thải 9; calorifer 4; các quạt 3 và 10; guồng tải 11 để vận chuyển các hạt dạng bụi từ các phễu của bộ lọc túi 8; cyclone 7 và đầu xoay 6. Nguyên tắc hoạt động: Không khí nóng thổi vào qua hai mức. Ở mức đầu tiên, không khí được gia nhiệt ở calorifer và được quạt thổi qua bộ phận nhập liệu, lôi cuốn theo khối hạt vào buồng sấy. Tại đây, không khí nóng từ mức hai thổi vào sẽ sấy khối hạt. Với vận tốc thổi thích hợp, dòng khí này cũng sẽ đưa khối hạt qua cyclone thu hồi. Hạt thu hồi ở bồn chứa bên dưới cyclone. Bụi sẽ theo không khí ra ngoài theo đường khí thải. Thông số kĩ thuật: Năng suất, kg/h: Theo sản phẩm ban đầu: 660 Theo ẩm bốc hơi: 330 Độ ẩm của sản phẩm, %: Ban đầu: 13% Cuối: 6 – 8% Nhiệt độ cho phép để đun nóng: 55 – 600C Đường kính buồng xoáy: 1500 mm Công suất động cơ: 22 kW Nghiền Mục đích: Chuẩn bị cho quá trình tách dầu Dầu chủ yếu tập trung ở nhân phân bố trong các khe vách tế bào ống mao quản nhỏ, liên kết chặt chẽ với nhau bởi lực liên kết bề mặt. Nghiền cán hạt mè giúp: Phá vỡ cấu trúc mao quản tế bào, tăng bề mặt tiếp xúc giữa nhân hạt với nhiệt ẩm. Thay đổi tính chất cơ lý và hoá lý của hạt, làm cho vỏ hạt bong ra, thuận lợi cho các quá trình tiếp theo. Biến đổi: Vật lý: (chủ yếu) kích thước hạt giảm, hạt mất hẳn hình dạng ban đầu trở thành dạng bột hoặc dạng vảy, do đó các thông số như độ xốp, độ ẩm… cũng thay đổi theo. Hoá học: khi nghiền, do ma sát sinh nhiệt độ (không đáng kể) có thể xảy ra một số phản ứng thủy phân, phản ứng oxy hóa, đồng thời ở nhiệt độ cao có thể gây biến tính sơ bộ một số protein và một số phản ứng tạo màu, mùi… Hoá sinh: khi nghiền, cấu trúc tế bào bị phá vỡ, dầu trong nội bào được giải phóng, hấp phụ lên bề mặt các hạt bột. Do đó nguyên liệu dễ xảy ra các quá trình oxy hoá, thủy phân do enzyme. Sinh học: khi các hạt bị phá vỡ cấu trúc, vi sinh vật có nhiều điều kiện tiếp xúc với cơ chất bên trong gây hư hỏng. Cảm quan: xuất hiện một số màu, mùi khó chịu Thiết bị: thiết bị nghiền trục. Cấu tạo: thiết bị gồm 2 cặp trục có vận tốc mỗi trục khác nhau Cặp trục bên trên có rãnh tác dụng đập, mài, băm, cắt hạt, kéo căng Cặp trục bên dưới bề mặt nhẵn có tác dụng cán Trên khe trục thường bố trí chốt kim loại để ngăn bột dính bết vào trục Hình 7. Thiết bị nghiền trục và mô tả nguyên lý nghiền hạt Nguyên tắc hoạt động: Hạt dầu được đưa vào trục nạp liệu nhờ tấm hướng dòng, nguyên liệu được phân phối đều lên khe hai trục do lực ma sát bề mặt và trọng lực bản thân hạt. Tại cặp trục trên, hạt sẽ bị cuốn vào, đầu tiên sẽ bị nén, sau đó do vận tốc hai trục khác nhau mà hạt sẽ bị kéo căng, các mô vỏ hạt sơ bộ bị xé rách Tiếp theo, ở cặp trục tiếp theo, hạt bị cán, nén và lọt qua khe trục, rơi xuống băng tải vận chuyển bên dưới. Thông số kỹ thuật: Kích thước trục: 70 x 157cm. Khoảng cách trục: 0.3 mm. Vận tốc trục là 60rpm đối với trục nhanh và 58rpm đối với trục chậm Thông số công nghệ Độ ẩm nguyên liệu vào máy nghiền trục: 6% Expander Mục đích: chuẩn bị cho quá trình tách dầu Quá trình expander sẽ làm đứt hoặc làm yếu các liên kết giữa dầu và bề mặt các hạt bột nghiền, dầu chuyển sang trạng thái tương đối tự do, tạo cho nguyên liệu có được cấu trúc mới, thuận lợi cho quá trình ép dầu dễ dàng hơn, chi phí điện năng ít. Ép đùn chuẩn bị cho quá trình ép dầu là quá trình ép đùn khô, có bổ sung ẩm cho nguyên liệu trước khi vào thiết bị expander, sau khi ra khỏi thiết bị, nguyên liệu có dạng bột. Biến đổi Vật lý: Tiếp tục phá vỡ cấu trúc tế bào nhờ tác dụng của cơ và nhiệt, tạo điều kiện cho chất béo được giải phóng ở dạng tự do. Giảm độ nhớt của dầu do nhiệt độ cao. Hóa học: Làm tăng trích ly chất màu, có thể một số acid béo bị oxy hóa, giảm hàm lượng vitamine, tăng hàm lượng phosphorus. Bay hơi một số hợp chất gây mùi. Làm biến tính protein hình thành cấu trúc “sạn”, giúp dầu và bã dễ tách ra, không cho hòa tan phospholipid. Hóa lý: Liên kết dầu trở nên lỏng lẻo, dầu linh động hơn và dễ dàng thoát ra khi ép Hóa sinh: vô hoạt các enzyme ảnh hưởng xấu cho chất lượng dầu: Lipase làm tăng hàm lượng FFA. Lipoxygenase nguyên nhân tạo peroxide cao và những sản phẩm oxy hóa thứ yếu. Phosphalipase xúc tác tạo nonhydratable phospholipids rất cao Myrosinase: nguyên nhân hình thành hợp chất sulful gây khó tiêu hóa và tạo mùi cho sản phẩm. Sinh học: tiêu diệt nấm mốc và vi sinh vật Thiết bị: sử dụng thiết bị Expander Cấu tạo: Thiết bị Expander được cấu tạo của máy bao gồm hệ thống trục vis dọc theo chiều dài máy, và hệ thống kênh dẫn đưa dầu thoát ra về bộ phận chứa. Hệ thống trục vis bao gồm nhiều phân đoạn có đường kính và bước vis không đổi nhưng chiều sâu rãnh khác nhau. Hình 8. Thiết bị Expaner và cấu tạo Nguyên tắc hoạt động: Nguyên liệu dạng bột sau khi đi qua cửa nhập liệu sẽ được phun sương bổ sung ẩm. Chuyển động của trục vis sẽ đẩy nguyên liệu về cuối máy. Trong khi di chuyển bên trong lòng thiết bị, áp suất lớn sẽ nén nguyên liệu thành khối mật độ cao, tế bào bị phá vỡ cấu trúc. Khi mới ra khỏi thiết bị, khối bột dạng ống hoặc dạng viên. Do chênh lệch áp suất và nhiệt độ, ẩm bay hơi nhanh, làm phá vỡ cấu trúc hạt bột một lần nữa, liên kết của dầu với các thành phần khác trở nên lỏng lẻo hơn. Tại đầu ra, ta thu nguyên liệu ở dạng bột. Thông số kỹ thuật: Tốc độ trục vis: 500rpm. Thời gian lưu nguyên liệu trong buồng ép là 30s. Tỉ lệ L/D: 2 – 15 Áp lực: 4000 – 17000 kPa. Thông số công nghệ Nhiệt độ của quá trình ép đùn khoảng 101 – 1210C. Năng suất từ 125 – 135kg/h. Độ ẩm sản phẩm: 5 – 8% Ép dầu Mục đích: Khai thác tách dầu. Do tác dụng của lực ép, làm tách dầu thô ra khỏi bánh ép. Biến đổi: Vật lý: nhiệt độ của khối nguyên liệu có thể tăng, cấu trúc tế bào nguyên liệu bị phá vỡ. Hóa học: khi ép dầu ở áp lực cao sẽ xảy ra sự nén ép và tăng nhiệt gây biến tính protein, làm giảm tính tan của protein. Áp lực trong máy ép càng cao, nguyên liệu trong máy ép nóng lên làm cho sự biến tính thêm sâu sắc. Thiết bị: Sử dụng máy ép trục vis. Cấu tạo: Thiết bị ép trục vis bao gồm một buồng cứng nằm ngang chứa vis xoắn ốc bằng thép không rỉ. Bước vis tăng dần từ từ đến không thay đổi, để tăng áp suất lên nguyên liệu khi nó được đưa vào buồng ép. Bên dưới buồng ép có đục lổ cho phép dầu thoát ra ngoài thông qua hệ thống rãnh dẫn và chảy dồn về máng hứng. Để thu hồi dầu về bể chứa, người ta còn bố trí thêm hệ thống turbine chuyển dầu về đường ống dẫn. Bánh ép được thải ra ở lối ra buồng ép và áp suất trong buồng được điều chỉnh bằng đường kính của cửa tháo. Bộ phận điều chỉnh chiều dày bã ép còn gọi là cửa ra khô. Hình 9. Thiết bị ép dầu Một thiết bị ép trục vis còn được bố trí một số vòng tiết lưu (throttle rings) bên trong buồng ép nhằm góp phần tạo chuyển động rối loạn cho bột ép, tạo nên sự đảo trộn và tăng hiệu suất ép dầu. Hình 10. Cấu tạo bên trong máy ép trục vis Nguyên tắc hoạt động: Khi máy làm việc, trục vis quay làm cho bề mặt các gân vis tác động lên nguyên liệu, đẩy chúng di chuyển theo đường xoắn ốc. Trong quá trình chuyển động bột luôn được xáo trộn. Khi nguyên liệu được đẩy về phía trước, trong lòng ép xảy ra sự nén nguyên liệu và lực nén càng tăng khi lên khi bước vis càng ngắn, đường kính các đoạn vis càng tăng. Do bước vis càng ngắn dần về phía ra khô nên áp lực ép cũng được tăng dần. Đoạn vis đầu có bước vis dài, đường kính nhỏ nên ở đây chỉ xảy ra sự dồn nén và cuộn nguyên liệu vào, dầu hầu như chưa thoát ra. Sang các đoạn vis tiếp theo, bước vis ngắn hơn nên áp lực cao hơn, do đó dầu thoát ra nhiều. Ở đoạn cuối cùng bước vis ngắn nhất, tạo áp lực cao nhất song dầu còn lại ít nên gần như dầu không thoát ra hoặc ngừng chảy. Vì vậy, dầu chủ yếu thoát ra nhiều ở các đoạn vis giữa. Phía cuối trục có bố trí bộ phận điều chỉnh cửa ra khô nên nguyên liệu không di chuyển tự do mà bị nén lại. Lực ma sát giữa nguyên liệu, lòng ép và gân vis xuất hiện. Mặt khác, nguyên liệu được giữ lại bởi lực cản của các gờ dao gạt, các gờ mút của thanh căn lòng ép. Khi qua cửa ra khô, bột bị nén thêm lần nữa làm cho khối bột sít nhau hơn nên bã ra có hình dạng nhất định. Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất ép: Điều kiện của nguyên liệu (bột ép): độ ẩm, độ xốp… Độ phá vỡ của tế bào. Bề dày của nguyên liệu ép và khả năng chống lại sự biến dạng của nguyên liệu. Tốc độ tăng áp suất, thời gian ép và áp suất cao nhất được dùng. Nhiệt độ của nguyên liệu và độ nhớt của dịch lỏng ép. Thông số công nghệ: Tần số quay của trục vis: 4.5 – 6 rpm Năng suất: 4000 – 8000 kg/h. Bánh dầu còn sót 5 – 8% dầu Lọc Khi dầu ra khỏi thiết bị tách dầu thì bơm vào máy lọc rồi vào bể chứa lắng. Mục đích: hoàn thiện sản phẩm. Tách các thành phần không hoà tan và một số thành phần hoà tan không mong muốn trong dầu sau quá trình ép (tạp chất cơ học, bã dầu). Biến đổi: Cảm quan: dầu có màu sắc trong, sáng hơn, chất lượng dầu tốt hơn. Thiết bị: sử dụng máy lọc khung bản. Cấu tạo: Các khung và bản có cùng kích thước xếp liền nhau trên khung máy. Hình dạng của bản có thể là hình vuông, chữ nhật hoặc tròn. Bản thường đứng, nhưng trong một vài máy lọc thì khung và bản được đặt ngang. Khung rỗng bên trong và bên trên có lổ để cho dịch lọc có thể đi vào. Bản được đúc và bên trên bề mặt có bố trí các gờ có tác dụng hướng dòng cũng như tạo khe hở cho dầu sau khi lọc chảy ra. Các bản được bọc lớp vải trên bề mặt. Các khung, bản ép với nhau nhờ bơm thủy lực hoặc pittong. Hình 11. Thiết bị lọc khung bản và khung bản Thông số kỹ thuật: Kích thước bản: rộng có thể từ 6 – 56 inches, dày từ 1/4 – 2 inches. Kích thước khung: dày từ 1/4 – 8 inches. Hoạt động: Dầu sau khi được bơm vào máy, chất rắn được giữ lại trên bề mặt vải của bản. Dịch lọc qua lớp vải, xuống rãnh trên bề mặt của bản, và ra ngoài. Sau khi buồng ép đầy, bã được thổi khí (không khí hoặc khí nitơ) để tách hết dầu dư đến có thể. Sau đó bã được tháo ra ngoài. Thông số công nghệ: Thời gian lọc từ 2 – 8h tùy thuộc vào hiệu suất lọc. Nhiệt độ lọc 70 – 800C Năng suất lọc từ 10000 lb/h (khoảng 4500kg/h) Áp suất lọc thay đổi từ 0.3 – 1 MPa Thủy hóa Dầu thô được bơm từ bể chứa vào thiết bị gia nhiệt, sau đó được đưa qua thiết bị khuấy trộn có cánh khuấy. Tại đó, dầu sẽ được trộn với nước. Nước sẽ hòa tan các chất lơ lửng trong dầu, các chất nhũ hóa và các chất hòa tan trong nước. Hình 12. Quá trình thủy hóa và tách gum Mục đích: hoàn thiện Loại các chất không tan trong dầu như phospholipid và các phức chất như: phosphatidyl choline (PC), phosphatidyl ethanolamine (PE), phosphatidyl inositol (PI), phosphatidic acid. Những chất này có thể chuyển thành dạng nhũ tương trong quá trình tinh luyện, hoặc có thể bị oxy hóa tạo ra màu, mùi không mong muốn. Ngoài ra, khi dầu đã qua thủy hóa sẽ giảm nguy cơ kết lắng trong quá trình bảo quản. Mặc khác, ta có thể tận thu lecithin (phosphatidyl choline), là chất xúc tác nhũ hóa được ứng dụng nhiều trong thực phẩm và mỹ phẩm. Hình 13. Các phức chất không tan Biến đổi: Vật lý: nhiệt độ tăng do sự tương tác giữa phospholipid và nước có thể tỏa nhiệt. Hóa lý: Các phức phospholipid kết hợp với nước làm tăng độ phân cực, giảm độ hòa tan của chúng và tạo thành kết tủa gọi là cặn thủy hóa. Nhiệt độ tăng làm giảm độ nhớt. Hóa học: Phospholipid và nước kết hợp thành gums hydrate, chúng kết lắng trong dầu và dễ dàng tách bằng ly tâm. Tuy nhiên không phải tất cả các phospholipid đều dễ dàng hydrate hóa. Người ta chia thành 2 loại: phospholipids có thể hydrate hóa và phospholipids không hydrate hóa (NHPs). Phosphatidyl choline (PC), phosphatidyl inositol (PI) và phosphatidyl ethanolamine (PE) dễ dàng hydrate hóa do chúng có cấu trúc ion lưỡng tính, nhưng nếu PE hòa lẫn các ion kim loại (như Ca2+) thì mức độ hydrate hóa giảm. Vị trí của liên kết acid phosphoric trong cấu trúc phospholipid sẽ ảnh hưởng tới khả năng tác dụng của nước. Khi acid phosphoric tấn công vào các carbon xa liên kết glycerol sẽ tạo thành α-lipoid, và nếu ở trung tâm thì tạo thành β-lipoid. Trong khi α – lipoid dễ phản ứng với nước và kết lắng thì ngược lại β-lipoid không hydrate hóa. Cảm quan: cải thiện độ trong của sản phẩm. Thiết bị: Cấu tạo: thiết bị kín bằng thép không gỉ, hình trụ đáy côn, có vỏ áo, bên trong có cánh khuấy Hình 14. Thiết bị thủy hóa Hoạt động: Dầu sau khi được phối trộn với nước có bổ sung H3PO4 sẽ được làm đồng nhất khi đi qua thiết bị High Shear Mixer. Bên trong thiết bị High shear mixer có cánh khuấy đặc biệt giúp khuấy trộn và phân phối đều các giọt lỏng. Sau khi đã đồng nhất, dòng chất lỏng được đưa vào thiết bị khuấy trộn có gia nhiệt. Bên dưới thiết bị là cửa tháo sản phẩm, một phần sản phẩm sẽ được hồi lưu trở lại bồn khuấy. Dầu sau khi thủy hóa sẽ được đưa qua hệ thống ly tâm để tách gums. Các yếu tố ảnh hưởng Nhiệt độ: nhiệt độ càng cao, độ nhớt giảm quá trình tách cặn xảy ra dễ dàng hơn. Quá trình khuấy: không nên khuấy quá mạnh để tránh tạo nhũ tương. Ion bổ sung: Các ion bổ sung sẽ giúp cho quá trình tách pha dễ dàng hơn. Ở đây ta dùng ion của acid hữu cơ vì chúng ít tạo cặn, dễ tách pha. Trong quá trình thủy hóa trình bày trong phần này, ta sử dụng bổ sung H3PO4 đậm đặc 85% với hàm lượng 0.005%. Nước: Nước phải được làm mềm. Nếu lượng nước quá nhỏ khó tách hết cặn. Lượng nước dư thừa tạo thành một pha riêng và sự xuất hiện 3 pha làm quá trình ly tâm gặp khó khăn. Số lượng nước thêm vào được điều chỉnh thông qua nồng độ gums, khoảng từ 50% – 100% số lượng gums trong dầu, thường từ 1.5 – 3% dầu. Thông số công nghệ: Nhiệt độ dầu: phải được kiểm soát trong suốt quá trình thủy hóa Dầu được gia nhiệt từ 60 – 800C trong thiết bị trao đổi nhiệt. Mục đích: phá hủy hệ nhũ tương và làm giảm độ nhớt của dầu, giúp quá trình phối trộn tốt hơn, rút ngắn thời gian từ 10 – 15 phút. Áp suất: ở áp suất dư 310 – 345 KPa, dầu bị thủy hóa còn khoảng 90ppm phosphorus và cặn dầu chứa khoảng 72% phospholipids. Khi tăng áp suất dư cho chất lượng dầu tốt và giảm tổn thất dầu Ngược lại, khi áp suất dư thấp (< 310kPa) có nhiều gums còn lại trong dầu và nồng độ phospholipid trong cặn không đáng kể. Quá trình khuấy: Tốc độ khuấy: 40 rpm Thời gian khuấy: 20 – 30 phút Ly tâm Mục đích: hoàn thiện Hỗn hợp dầu sau quá trình thủy hóa gồm có: dầu, gums, acid phosphoric và các muối phosphate… Quá trình ly tâm để cặn thủy hóa, dầu sau ly tâm sẽ trong và chứa ít tạp chất hơn. Biến đổi: Hóa lý: xảy sự tách pha, cặn thủy hóa trong dầu sẽ tách ra dưới tác dụng của lực ly tâm và thải ra ngoài định kỳ. Cảm quan: Cải thiện độ trong của sản phẩm Thiết bị: sử dụng máy ly tâm đĩa Hình 15. Thiết bị ly tâm tách gums Hình 16. Cấu tạo thiết bị ly tâm Hoạt động: Dầu sau khi thủy hóa sẽ được đưa vào máy ly tâm từ bên dưới. Dưới tác động của lực ly tâm, gums và các hợp chất nặng khác sẽ được tách ra đi về phía biên. Dòng dầu đã tách tạp chất tiếp tục đi lên phía đỉnh và thoát ra ngoài. Bộ phận thu pha nhẹ (dầu) được thiết kế cố định để cho dầu chuyển động tự do. Dòng pha nặng chứa một phần lớn các hợp chất keo, huyền phù được điều chỉnh bằng cách thay đổi đường kính ống dẫn nhằm tạo bề mặt riêng thuận lợi cho quá trình tách pha. Các tạp chất không tan, cặn sẽ được tháo tự động theo chu kỳ bằng bộ phận thu hồi cặn (sludge discharge system) Thông số công nghệ: Năng suất: 54000 kg/h Dầu sau khi tách gums có hàm lượng [P] ≈ 20 – 30ppm, [Fe] < 0.05ppm Trung hòa Hóa chất sử dụng cho quá trình trung hòa: NaOH 0.35N. Hiệu quả trung hòa dầu bằng kiềm được đánh giá bằng chỉ số acid. Mục đích: hoàn thiện, bảo quản Loại acid béo trong dầu, hấp thụ các tạp chất khác như chất màu, gums, phosphatide... vào trong xà phòng. Acid béo tự do ảnh hưởng tới mùi và vị của sản phẩm. Sau trung hòa hàm lượng acid béo giảm từ 0.5 – 3% đến 0.1% từ đó sẽ tăng thời gian bảo quản. Biến đổi: Hóa học: Chỉ số AV giảm do phản ứng xà phòng hóa RCOOH + NaOH = RCOONa + H2O Phosphatides và gums hấp thụ kiềm và bị đông tụ lại do tách nước. Hóa lý: Cặn xà phòng là hỗn hợp gồm có xà phòng, nước, một phần chất màu và tạp chất. Vì cặn xà phòng có khối lượng riêng lớn hơn dầu nên dễ dàng tách ra khỏi dầu. Cảm quan: cải thiện mùi sản phẩm Quy trình – thiết bị: Thiết bị sử dụng: bồn trung hòa hình trụ, đáy côn Hình 17. Thiết bị trung hòa Quá trình trung hòa tiến hành theo hai giai đoạn: Giai đoạn đầu dùng NaOH để trung hòa acid béo tự do và H3PO4 dư trong quá trình thủy hóa Giai đoạn tiếp theo là dùng acid citric để rửa dầu sau khi đi qua thiết bị trung hòa và ly tâm tách xà phòng. Nguyên tắc hoạt động: Dầu được gia nhiệt lên 900C được đưa vào đáy thiết bị dưới dạng giọt nhỏ. Trong thiết bị có chứa dung dịch kiềm 0.35N (1.5%). Sau khi trung hòa, giọt dầu (đường kính 1 – 2mm) nổi lên do sự khác nhau trọng lượng riêng, hình thành từng lớp dầu với thành phần khoảng 0.5% FFAs, 0.2 – 0.3 % ẩm và 100ppm xà phòng. Dầu được tách ra ở phía trên Tính lượng kiềm dùng để trung hòa dầu: Căn cứ vào kết quả phân tích chỉ số acid của dầu, khối lượng kiềm cần thiết đề trung hòa tính theo công thức sau: Trong đó: Kdd – khối lượng dd NaOH tính theo lý thuyết (kg) A: chỉ số acid của dầu (mg KOH) D: lượng dầu đem trung hòa (kg) a: nồng độ % của dung dịch NaOH Tuy nhiên lượng kiềm sử dụng trong thực tế thường nhiều hơn lượng tính theo lý thuyết, vì ngoài tác dụng với tạp chất cơ học có tính acid còn có nhiều tác dụng khác tùy thuộc vào thành phần và chất lượng của dầu. Lượng xút dư thường trong khoảng 5 – 50% so với lý thuyết. Yếu tố ảnh hưởng Tác nhân NaOH: Sử dụng kiềm đặc khi hàm lượng FFAs cao và ngược lại. Nếu NaOH càng đậm đặc thì nhiệt độ càng giảm để tránh sự thủy phân dầu gây tổn thất. Lượng NaOH phụ thuộc vào lượng FFAs thường được tính theo khối lượng dầu từ 0.1 – 6%. Thời gian: tỷ lệ với nhiệt độ thủy hóa. Nhiệt độ càng cao, thời gian càng thấp. Tẩy màu Dầu sau khi trung hòa sẽ được chuyển qua thiết bị tẩy màu Mục đích: hoàn thiện Loại các tạp chất gây màu, như carotenoids và chlorophyll. Loại vết xà phòng sót, gums, kim loại. Loại peroxides, aldehydes, ketones, phosphatides, các hợp chất vòng thơm và các sản phẩm oxy hóa bậc 2 của dầu (sản phẩm gây mùi) nhờ quá trình hấp phụ. Ngoài ra, có thể loại một số độc tố tự nhiên có trong hạt mè như: dư lượng thuốc trừ sâu,… Biến đổi Hóa lý: xảy ra sự tương tác giữa các chất màu tan trong dầu và chất hấp phụ. Lực hấp phụ của đất tẩy trắng và than hoạt tính được dùng để thực hiện liên kết các chất màu lên bề mặt của chất hấp phụ. Khi tăng bề mặt hấp phụ, khả năng hấp phụ chất màu cũng tăng lên. Cảm quan: cải thiện màu của sản phẩm Chất hấp phụ: sử dụng hỗn hợp đất hấp phụ và than hoạt tính Đất hấp phụ: Khả năng tẩy trắng (khả năng hấp phụ các hợp chất màu) tùy thuộc vào hàm lượng nước, pH. Thường các hợp chất màu là hợp chất phân ly, không tan tốt trong dầu, vì vậy trong dầu nên có hàm lượng nước 9 – 16%. Nếu hàm lượng nước lớn làm giảm khả năng hấp phụ. Hàm lượng xà phòng sót càng ít thì khả năng tẩy màu càng tốt do xà phòng làm giảm khả năng tẩy màu. Khả năng giữ dầu sót phụ thuộc vào độ lớn của hạt và mật độ của đất pH thấp ® trung hòa xà phòng sót ® không cho xà phòng hấp thụ vào đất ® tăng khả năng tẩy trắng của đất. Than hoạt tính: khả năng hấp thụ tốt, khó lọc, giá thành cao, tổn thất dầu lớn, thường được phối hợp với đất tẩy màu để tách một số hợp chất mà đất tẩy màu không tách được: xà phòng sót, pigments. Quy trình – thiết bị: Hình 18. Quy trình tẩy màu Dầu được gia nhiệt (70 – 900C) được bơm vào thùng đất tẩy trắng từ bể chứa hay máy ly tâm. Đất hấp phụ được thêm vào trong thùng cùng một lúc nhờ vis tải. Dầu (khoảng 0.5% ẩm) được xử lý với nước và đất tẩy trắng (8 – 15% ẩm) trong 20 phút dưới điều kiện khí quyển. Bên trong thiết bị có cánh khuấy giúp truyền nhiệt đều, đồng nhất và giữ chất hấp phụ ở trạng thái lơ lửng. Sau khi trộn, đất/dầu được đưa vào thiết bị tẩy trắng chân không. Quá trình tẩy trắng được thực hiện trong điều kiện chân không, có đảo trộn, gia nhiệt/làm lạnh dạng ống xoắn. Trên thiết bị còn có cửa bổ sung acid, kiềm, nước và chất hấp phụ. Quá trình tẩy trắng mất từ 15 – 30 phút ở nhiệt độ 80 – 1200C. Mặt dù, tăng nhiệt độ tăng hiệu suất hấp phụ, nhưng quá trình tẩy trắng ở nhiệt độ quá cao dẫn đến một số phản ứng không mong muốn. Nhiệt độ nên giữ đủ cao để giảm độ nhớt của dầu và cải thiện tốc độ khuếch tán và vận chuyển. Sau khi tẩy trắng, dầu được lọc và tách đất tẩy trắng. Quá trình lọc rất quan trọng trong quá trình tẩy trắng. Khi hệ thống có hai hoặc nhiều hơn các thiết bị phản ứng hoạt động nối tiếp nhau với hai máy lọc để hệ thống có thể hoạt động bán liên tục. Máy lọc áp suất thường được dùng để tách đất tẩy trắng. Chu trình lọc thường bao gồm các bước: Bơm đầy máy lọc và tuần hoàn để được trong suốt. Quá trình lọc Thổi hơi Nitơ thẳng vào máy lọc Thổi hơi nước Sấy bánh lọc với hơi (thường 0,3 – 0,5 kg hơi khô/kg đất ở áp suất 2 – 3 bar và nhiệt độ 140 – 1500C trong 10 phút (gồm bước 4 và 5), kết quả giảm nồng độ dầu dư từ 22 – 25% Làm sạch thiết bị lọc cho dự phòng. Thông số công nghệ: Quá trình tẩy trắng thường thực hiện dưới áp suất chân không (20 – 30 mmHg) để giảm các phản ứng oxy hóa và kiểm soát độ ẩm. Nhiệt độ dầu vào quá trình tẩy trắng là 900C. Thời gian tẩy trắng là 15 – 30 phút Phospho và glycolipids có thể được tách với silicagel với 60 – 70% ẩm. Lượng nước tối ưu nhất được dùng cho tẩy trắng ướt khoảng 50 – 100% số lượng đất tẩy trắng dùng cho quá trình. Hàm lượng chất hấp phụ phụ thuộc vào dạng chất hấp phụ, dầu và quá trình xử lý trước đó. Thông thường lượng chất hấp phụ được cho vào khoảng 0.1 – 2% dầu, nhưng trong một vài trường hợp có thể cao hơn 5%. Khử mùi Dầu trước khi đi qua thiết bị khử mùi sẽ được bài khí nhằm giảm thiểu nồng độ O2 trong dầu. Do quá trình khử mùi được tiến hành ở nhiệt độ cao nên sự xuất hiện của oxy sẽ gây ra các phản ứng oxy hóa không mong muốn, làm giảm chất lượng dầu. Mục đích: Hoàn thiện. Loại các tạp chất dễ bay hơi gồm: Các chất tự nhiên: FFA, hydrocacbon squalenne, carotenoid, sterol Các chất tạo thành trong quá trình tinh luyện: aldehide, ketone, peroxide… Biến đổi: Vật lý: có sự tăng nhiệt độ dầu Hóa lý: sự tách pha của các cấu tử dễ bay hơi. Hơi nước được sục trực tiếp có khuấy đảo làm tăng sự tiếp xúc của dầu với nguồn nhiệt để lôi cuốn theo các chất dễ bay hơi khỏi dầu. Hóa học: Trong quá trình khử mùi, dầu rất dễ bị oxy hóa ® phải bổ sung chất chống oxy hóa. Nhiệt độ cao làm tăng sự chênh lệch áp suất hơi, phá hủy carotenoid và các hợp chất không bay hơi biến chúng về dạng dễ bay hơi. Cảm quan: cải thiện mùi sản phẩm. Quy trình – thiết bị: Thiết bị chưng cất bán liên tục. Hình 19. Thiết bị khử mùi Cấu tạo: Thiết bị tháp hình trụ thẳng, đặt trước thiết bị tạo chân không, có hai vỏ (chống rò rỉ, cách nhiệt), vật liệu thường làm bằng ion chịu acid không gây oxy hóa dầu. Hệ thống gia nhiệt: dạng tấm, dạng lò xo, dạng ống xoắn ruột gà. Bộ phận ngưng tụ: làm lạnh bằng nước phun và bằng dòng hồi lưu. Thường ta làm lạnh hai cấp: dầu chưa ngưng đem trao đổi nhiệt với hơi ra để tận dụng năng lượng tăng nhiệt độ 55 – 650C, không ngưng tụ hơi nước. Hiệu suất thu hồi 92 – 95%. Hệ thống chân không: kết hợp của hệ thống hơi nước, hệ thống ống sinh hàn và bơm chân không. Hơi trong hệ thống tạo chân không bao gồm hơi nước trực tiếp và không khí do rò rỉ. Nhiệt của nước làm lạnh càng thấp thì càng đỡ tốn hơi tạo chân không. Hệ thống làm lạnh dầu: 80% năng lượng tái sử dụng. Có bộ phận tách dầu bắn, tấm cản, lưới thép. Lọc dầu: ống lọc đường kính 50µm. Hoạt động: Dầu đã qua bài khí được đưa vào thiết bị và gia nhiệt gián tiếp bằng hơi nước. Chất gia nhiệt: hơi nước thông thường, nhiệt độ thấp hơn 1850C, áp suất cao nên tốn nhiều chi phí. Ngày nay sử dụng Downtherm A để tăng nhiệt độ (nhiệt độ sôi hỗn hợp 270 – 2800C) hoặc mineral – oil (dầu sáp) làm chất gia nhiệt. Hơi nước được đưa trực tiếp vào phải khô và không có oxy (sử dụng nước đã bài khí và tạo hơi quá nhiệt) ở nhiệt độ 240 – 3000C khi sục vào dầu sẽ giảm xuống 130 – 1500C. Vì vậy, để đảm bảo nhiệt độ khử mùi dầu thường được gia nhiệt trước. Lượng hơi cần thiết và tổn thất: Lượng hơi cần thiết: Tỷ lệ thuận với khối lượng dầu Tỷ lệ thuận với áp suất trong thiết bị Tỉ lệ nghịch với áp suất hơi của tạp chất muốn khử mùi Tỷ lệ thuận với log nồng độ tạp chất trước và sau khử mùi. Phụ thuộc vào tình trạng thiết bị Tổn thất sau quá trình khử mùi: phụ thuộc Chất lượng nguyên liệu: FFA, sterol càng lớn càng tổn thất càng nhiều. Bản chất nguyên liệu Cấu trúc thiết bị Càng sục nhiều hơi càng tổn thất Tổn thất do bay hơi: Hơi nước thủy phân một phần dầu thành FFA MAG, DAG có thể bay hơi Tổn thất hiện nay 0.2 – 0.4% (1.05 – 1.2% FFA), càng nhiều FFA càng tổn thất do: dầu bắn ra, hơi nước lôi cuốn… Tổn thất thiết bị do bị bắn ra cùng với hơi: 0.1 – 0.2%. Thông số công nghệ: Nhiệt độ: 90 – 2400C ( 200 – 2750C là phổ biến). Thời gian: 1h Áp suất chân không: 1 – 6 mmHg áp suất tuyệt đối (<1KPa) Cần bài khí: giảm O2 từ 2.5% xuống nhỏ hơn 0.05% Lượng hơi: (0.4 KPa, 2600C): 0.75 – 1.5%. Lượng hơi càng nhiều không đảm bảo điều kiện chân không, tổn thất do bắn dầu, gây thủy phân. QUY TRÌNH 2 Điểm khác của quy trình 2 so với quy trình 1 là quá trình tách dầu được thực hiện bằng phương pháp trích ly dung môi. Do có sự xuất hiện của dung môi trong dầu nên sau khi trích ly và lọc sẽ có quá trình chưng cất thu hồi dung môi. Trích ly Mục đích: Khai thác tách dầu Tách trực tiếp dầu từ bột dầu ban đầu. Biến đổi: Hóa lý: Xảy ra sự chuyển pha. Dầu từ trong bột sẽ hòa tan vào trong dung môi. Xảy ra quá trình khuếch tán phân tử chuyển dầu từ tâm nguyên liệu vào dung môi, và khuếch tán đối lưu từ bề mặt nguyên liệu vào dung môi. Tuy nhiên dầu chuyển vào dung môi luôn kèm theo lượng tạp chất không có tính béo nên làm cho dung dịch miscella có tính keo. Hóa học: tác động của dung môi lên protein nguyên liệu, gây một số biến đổi hoặc gây biến tính protein nhưng ở mức độ nhẹ hơn so với biến tính trong quá trình ép đùn và ép tách dầu. Yếu tố ảnh hưởng: Tỷ lệ dung môi và dầu ảnh hưởng đến độ nhớt và sức căng bề mặt của miscella. Bản chất nguyên liệu và dung môi, đặc trưng là hệ số khuếch tán. Hệ số khuếch tán phụ thuộc vào: Độ nhớt nguyên liệu cao hệ số khuếch tán giảm. Độ nhớt dung môi cao hệ số khuếch tán giảm. Nhiệt độ trích ly tăng thì hệ số khuếch tán tăng. Độ ẩm nguyên liệu giảm thì hệ số khuếch tán tăng. Dạng nguyên liệu, hình dạng hạt nguyên liệu: càng nhỏ thì tốc độ trích ly càng lớn. Hàm lượng dầu: hàm lượng dầu ít dẫn đến dung môi ít hòa tan dầu hơn mà hòa tan tạp chất. Dung môi: thường sử dụng là n-hexan. Ưu điểm: Nhiệt độ sôi thấp nên ít tốn năng lượng. Khó tạo thành hỗn hợp đẳng phí nên chiệu suất thu hồi dung môi cao. Không gây độc, giá thành rẻ. Nhược điểm: dễ cháy nổ, ảnh hưởng môi trường. Thiết bị: Cấu tạo: Thiết bị trích ly dạng xối tưới Basket elevator có một giai đoạn lên và xuống, chứa khoảng 15 sọt liên tục nạp liệu và thải liệu của nguyên liệu chất rắn, dung môi, và tuần hoàn. Hình 20. Thiết bị trích ly dạng xối tưới Chiều cao nguyên liệu khá thấp khoảng 0.5 – 0.7m. Nguyên liệu được cấp trên cao xuống. Nguyên tắc hoạt động: Dung môi chảy từ trên xuống dưới qua nguyên liệu không chuyển động, đi qua đáy sọt ra ngoài. Dựa vào sự chênh lệch nồng độ dầu trong miscella so với nồng độ dầu trong bột nguyên liệu, sự chênh lệch này càng lớn tốc độ trích ly càng nhanh. Thời gian trích ly được quyết định bằng tốc độ đạt tới cân bằng. Ở giai đoạn đầu tốc độ trích ly nhanh hơn với giai đoạn sau do ban đầu đã có những lớp dầu đã được phá vỡ từ các hạt, dung môi vào chỉ cần hòa tan lượng dầu này nên thời gian trích ly nhanh. Ở giai đoạn cuối, tốc độ trích chậm hơn so với lý thuyết do kích thước không đồng đều của nguyên liệu, lượng dầu sót thấp dẫn đến khó hòa tan dung môi nên dầu khó trích ly. Ưu nhược điểm của thiết bị: Ưu điểm: Nguyên liệu không chuyển động nên nguyên liệu ít vỡ, ít tạo mảnh vụn, quá trình lọc dễ thực hiện, ít tốn năng lượng làm bay hơi dung môi do nồng độ dầu cao. Thiết bị phù hợp với năng suất lớn. Nhược điểm: Nguyên liệu phải bảo đảm độ xốp cho dung môi đi qua. Thông số công nghệ: Thời gian trích ly khoảng 45 – 60 phút. Nhiệt độ dung môi vào khoảng 50 – 600C, ra khoảng 28 – 300C. Hàm lượng dầu của bã dầu: 1 – 2%. Nguyên liệu sau trích ly sẽ giữ lại từ 30 – 40% dung môi. Lọc Dầu sau khi trích ly sẽ được lọc tách tạp chất trước khi đi qua thiết bị chưng cất thu hồi dung môi. Mục đích: chuẩn bị Tách các thành phần không hoà tan và cũng như các hợp chất dạng keo trong dầu sau quá trình trích ly (tạp chất cơ học, bã dầu). Biến đổi: Cảm quan: dầu có màu sắc trong, sáng hơn, chất lượng dầu tốt hơn. Thiết bị: sử dụng máy lọc khung bản. Chưng cất Mục đích: khai thác, hoàn thiện sản phẩm. Tách dung dịch dầu ra khỏi dung môi bằng bốc hơi dung môi ra khỏi dầu không bay hơi. Biến đổi: Hoá lý: có sự tách pha của dung môi, từ lỏng sang hơi. Hóa học: Protein bị biến tính do quá trình đun nóng với sự có mặt của nước, do tác động của ma sát. Tác động tương hỗ của protein với lipid tạo nên phức chất lipoprotein bền, làm cho hàm lượng dầu trong bã tăng lên. Sự biến tính của protein làm yếu mối liên kết giữa dầu và protein. Mối liên kết của glyceride với protein yếu hơn so với của acid béo với protein nên khi tách chiết dầu, lớp glyceride được tách ra đầu tiên, sau đó mới đến lớp acid béo. Do đó ở giai đoạn cuối của quá trình, dầu thu được có nhiều acid béo tự do hơn. Tác động tương hỗ của glucid với các chất của hạt dầu như acid amin, protein, phospholipid. Tác dụng tương hỗ tạo nên những hợp chất melanoid với cường độ màu khác nhau, ngoài ra một lượng lớn đường chuyển về dạng liên kết với protein của hạt. Cảm quan: dầu có màu sậm hơn, sánh hơn. Thiết bị: Sử dụng thiết bị chưng cất theo 3 cấp: Cấp I: gồm các thiết bị truyền nhiệt nằm ngang, thiết bị phân ly, bơm nạp mixen vào chưng cất và bơm hồi lưu trong hệ. Cấp II: gồm các thiết bị bốc hơi ống chùm bố trí thẳng đứng và thiết bị phân ly. Cấp III: gồm các thiết bị đun nóng miscella đặt kiểu ống chùm đứng và tháp cất kiệt dung môi kiểu màng, bơm nạp miscella từ các thiết bị đun nóng vào thiết bị chưng cất và bơm dầu ra khỏi thiết bị. Dầu nặng không bay hơi sẽ được thu hồi ở đáy. Dung môi sẽ được hơi nước lôi cuốn đi và ngưng tụ nhờ hệ thống làm lạnh ống xoắn. Tách nước khỏi dung môi: sau chưng cất, cả nước và dung môi được ngưng tụ. Thiết bị là một bể lắng có đáy côn, thường nước lắng phía dưới đáy côn đem tháo bỏ. Nước có thể lẩn một ít dung môi nhưng dung môi phải tinh khiết. Thông số công nghệ: Nhiệt độ dầu ra khỏi thiết bị khoảng 100 – 1050C. Miscella trước khi chưng cất phải đạt các chỉ tiêu: nhiệt độ 35 – 450C, nồng độ dưới 30%, cặn lắng không lớn hơn 0.007%. Nhiệt độ hơi nước 180 – 2000C Cấp I: dầu được cô đặc: 60 – 70% Cấp II: dầu được cô đặc: 93 – 95% Cấp III: dầu được làm sạch hoàn toàn. SO SÁNH ƯU NHƯỢC ĐIỂM HAI QUY TRÌNH Quy trình 1: tách dầu bằng phương pháp ép Ưu điểm Quy trình và thiết bị đơn giản. An toàn cho sản phẩm: không cho hóa chất vào để trích ly Chất lượng sản phẩm dầu thô tốt do không tách những hợp chất không mong muốn trong hạt dầu. Chi phí thiết bị thấp, năng lượng cho quá trình thấp. Thích hợp cho các hạt dầu có hàm lượng dầu cao trên 25% Nhược điểm Hiệu suất không bằng trích ly, nếu ép kiệt có thể đạt 95% nhưng sẽ xuất hiện những hợp chất không có lợi cho dầu. Dầu thô có nhiều bã dầu. Bã dầu sau ép còn hàm lượng dầu lớn, cần trích ly để tận thu. Quy trình 2: tách dầu bằng phương pháp trích ly. Ưu điểm Hiệu suất cao, tách kiệt dầu. Hàm lượng dầu trong bã không nhiều Dầu thô ít lẫn bã dầu Có thể có lợi cho quá trình tinh luyện như tinh luyện bằng membrane, do có chứa dung môi hexane. Nhược điểm Quy trình và thiết bị phức tạp, giá thành cao Chất lượng sản phẩm không bằng ép, do trong quá trình trích ly sẽ trích ly cả những thành phần không có lợi cho dầu Tốn dung môi, cần thu hồi dung môi. Chi phí năng lượng cao Hexane được xem là dung môi khá an toàn, nhưng cần thêm quá trình chưng cất thu hồi dung môi. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT MEMBRANE ĐỂ TÁCH GUM TRONG QUÁ TRÌNH TINH LUYỆN DẦU Mô tả: Màng membrane có tính chất bán thấm nên có khả năng chọn những phần tử cho qua và giữ lại những phần tử khối lượng lớn mà chủ yếu là các tạp chất không tan và các hợp chất keo, gums. Nguyên liệu làm membrane: có thể được làm từ các nguyên liệu khác nhau, bao gồm phân tử cellulose, polymer, kim loại, và nguyên liệu ceramic. Kỹ thuật membrane được ứng dụng để tách phospholipids trong dầu là kỹ thuật siêu lọc UF (ultrafiltration). Cơ sở khoa học: Các quá trình xử lý membrane trong thực phẩm thường sử dụng áp suất để lọc. Tùy vào kích thước lổ membrane mà các chất có kích thước thích hợp sẽ được thấm qua. Kích thước lổ của UF membrane tương tự kích thước đại phân phân tử, vì vậy mỗi UF membrane được đặc trưng bởi kích thước phân tử lớn nhất mà có thể qua nó, giới hạn khối lượng phân tử (MWCO). Mặt dù phospholipids và triglyceride tương tự nhau, khối lượng phân tử khá thấp (900Da). Nhưng khi tách phospholipids bằng UF vẫn mang lại hiệu quả, do cấu trúc tự nhiên gồm hai đầu kỵ nước và ưa nước, sẽ hình thành các miscella lớn nghịch đảo trong một dung dịch không ưa nước như dầu hoặc hexan, như hình sau: Hình 22. Sự hình thành các micelle nghịch đảo trong hexane Hạt miscella có thể có kích thước tương đương với phân tử có khối lượng từ 20.000 đến vài triệu Da nên sẽ bị giữ lại trong quá trình siêu lọc. Do triglyceride có tính nhớt nên khó sử dụng hệ thống membrane dạng ống mao quản hay xoắn ốc. Để khắc phục, kỹ thuật tách bằng membrane được tiến hành với miscella (hệ nhũ tương của dầu – hexane). Hexane giúp giảm đáng kể độ nhớt cho quá trình xảy ra. Trong quy trình sản xuất dầu bằng phương pháp trích ly với hexane, sau đó sẽ tiến hành chưng cất thu hồi dung môi. Người ta sử dụng kỹ thuật xử lý bằng membrane thực hiện ở giữa hai quá trình tách dầu và thu hồi dung môi, loại phospholipid từ đó sẽ tiết kiệm năng lượng cho quá trình chưng cất và bỏ qua giai đoạn thủy hóa. Tiêu chuẩn chính của chọn lọc membrane cho tách gums kị nước, không giữ hexane và những chất có phân tử lượng 20000 Da hoặc nhỏ hơn. Để cải thiện dòng chảy, nguyên liệu miscella được gia nhiệt 40 – 500C. Hexane, triglyceride và những phân tử tạp chất có khối lượng nhỏ như FFA qua màng membrane bằng thẩm thấu, phospholipids ở dạng các miscella nghịch đảo và bị giữ lại. Với membrane thích hợp, có thể loại bỏ phospholipid hơn 95%. Ưu điểm so với các phương pháp tách gums đã dùng trong công nghiệp: sử dụng membrane không dùng hóa chất, điều kiện ôn hòa, tiết kiệm năng lượng, giảm tổn thất dầu,… Ngoài ứng dụng để tách gums, kĩ thuật membrane có thể sử dụng trong các quá trình tiếp theo của công đoạn xử lý dầu, bao gồm thu nhận dung môi từ miscella, khử acid và tách FFA, tách sáp, tách phân đoạn của lecithin, tẩy màu, và xử lý nước rửa. Nó đã được nghiên cứu ở Texas A&M University có khả năng tiết kiệm 15 – 22 nghìn tỷ kJ mỗi năm. Tuy nhiên do cấu tạo màng phức tạp đòi hỏi công nghệ cao nên kỹ thuật tách bằng membrane chưa được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất. QUÁ TRÌNH TÁCH PHOSPHOLIPID BẰNG ENZYME Quá trình tách phospholipids (PLs) bằng enzyme đã được đưa ra bởi Mannheim, Germany. Phospholipases (PLase) là enzyme thủy phân PLs được chia làm 5 loại: PLA1, PLA2, PLB, PLC, PLD. Vị trí phản ứng của các loại enzyme thể hiện trong hình : Để tách gums từ dầu thực vật, PLC có thể là sự lựa chọn tối ưu bởi vì nó phá hủy liên kết trong phospholipid tạo thành DAG nhưng không sinh ra acid béo tự do. Tuy nhiên, hiện nay enzyme Phospholipase A1, A2 được ứng dụng trong sản xuất. Hai enzyme này được sản xuất bằng lên men vi khuẩn Thermomyces lanuginosus và Fusarium oxysporum. Các bước của quá trình: Thêm acid citric để tách kim loại có trong dầu Thêm natri hydroxit để điều chỉnh pH Thêm Lecitase Ultra để tạo thành lysolecithin có khả năng hòa tan trong nước. Ly tâm để tách phosphatide tan trong nước. Trong sản xuất quá trình được thực hiện như trong sơ đồ sau: Hình 23. Quy trình tách gums liên tục bằng enzyme Thông số kỹ thuật: STT Thiết bị Thông số 1 Thiết bị trao đổi nhiệt Nhiệt độ: 700C 2 Bồn chứa acid citric 650l 3 Bơm acid citric 20L/h 4 Shear mixer 5 Bồn chứa 12,5m3 6 Thiết bị trao đổi nhiệt Nhiệt độ: 500C 7 Bồn chứa xút 3m3 8 Bơm xút 95L/h 9 Thêm nước 2 – 3% 10 Bồn chứa Lecitase ultra 38l 11 Bơm enzyme 7,8mL/phút 12 High-shear mixer 13 Thiết bị chứa sau khi cho enzyme 85m3 Sau khi dầu được gia nhiệt đến 700C, dung dịch acid citric 50% được thêm vào dầu với tốc độ 650 ppm, và hỗn hợp được làm đồng nhất bằng high-shear mixer. Hệ nhũ tương được khuấy trộn từ 15 -30 phút. Mặc dù, dung dịch acid citric thường bổ sung với hàm lượng 50%, tuy nhiên nồng độ này có thể thay đổi tùy theo hàm lượng PL. Từ đó, tổng lượng nước trong hỗn hợp tăng lên, có thể thuận lợi khi nồng độ PL cao. Sau khi cô lập các ion kim loại, natri hidroxide được thêm vào để chỉnh pH. pH tối ưu cho enzyme là 5.0. Sau khi thêm xút, nhiệt độ hỗn hợp được giảm xuống 50 – 550C, và bổ sung dung dịch enzyme 50ppm trong lượng nước vừa đủ. Hỗn hợp được làm đồng nhất bằng high-shear mixer và được giữ ở nhiệt độ này vài giờ. Lượng Lecitase Ultra khoảng 50 ppm là đủ để tác động tất cả lượng PL trong dầu. Tuy nhiên với những loại dầu chất lượng tốt, liều lượng sử dụng chỉ cần 30ppm. Tổng lượng nước có thể dao động trong khoảng từ 0,5% đến 5%. Thông thường, khi lượng nước nhiều thì lượng enzyme sử dụng và phosphorus cuối cùng thấp hơn, sự phân pha dễ hơn. Nhưng khi lượng nước vào khoảng 2% sẽ đảm bảo chất lượng và hạn chế lượng nước sót trong sản phẩm. Sau khi trộn, dầu nên được giữ ít nhất 4 h trong điều kiện khuấy liên tục. Sau giai đoạn phản ứng, hỗn hợp được ly tâm để tách PL. Nhiệt độ của dầu trong quá trình ly tâm khoảng 700C. Sau đó dầu được xử lý với silica và đất tẩy trắng và được khử mùi nếu cần. Nồng độ phosphorus khoảng 10mg/kg và nồng độ sắt khoảng 0.5mg/kg. Ưu điểm của quá trình là: Phản ứng enzyme thường được thực hiện trong điều kiện ôn hòa. Enzyme có tính đặc hiệu cao Tốc độ phản ứng quá trình phù hợp. Chỉ cần lượng nhỏ enzyme dùng cho phản ứng. Dầu thủy hóa với nồng độ phosphorus và sắt thấp được sản xuất từ dầu ban dầu có chất lượng thấp. SẢN PHẨM DẦU MÈ Dầu thực vật cao cấp – Hảo vị Công dụng: Dùng để trộn xà lách, sốt trứng, chiên xào hoặc nấu các món ăn chay Đặc tính kỹ thuật: không có cholesterol Kích thước sản phẩm: 1 lít, 2 lít, 5 lít, 0.25 lít, 0.4 lít Dầu thực vật tinh luyện – Cooking oil Công dụng: chiên xào, làm bánh, xốt trứng, hoặc nấu món chay Đặc tính kỹ thuật: Không có cholesterol. Kích thước sản phẩm: 1 lít, 2 lít, 5 lít, 0.25 lít, 0.4 lít. Dầu thực vật tinh luyện - Hương mè Công dụng: Dùng để trộn xà lách, sốt trứng, chiên xào hoặc nấu các món ăn chay Đặc tính kỹ thuật: không có cholesterol Kích thước sản phẩm: 1 lít, 2 lít, 5 lít Thị trường xuất khẩu: Campuchia , Mông Cổ Dầu mè thơm nguyên chất – Nakydaco Công dụng: Dùng làm hương vị để trộn xà lách, làm gia vị, chất ướp các món ăn và mì ăn liền Kích thước sản phẩm: 0,25 lít Thị trường xuất khẩu: Campuchia , Mông Cổ Dầu thực vật tinh luyện – Vị gia Công dụng: Dùng để trộn xà lách, xốt trứng, chiên xào hoặc nấu các món ăn chay Đặc tính kỹ thuật: Không có cholesterol Kích thước sản phẩm: 1lít, 2 lít và 5 lít, 0.25 lít, 0.4 lít Sản phẩm đã xuất khẩu: Campuchia Dầu mè thơm – Lạc vị Công dụng: Dùng làm hương vị trộn xà lách, làm gia vị trộn các món ăn, mì ăn liền Kích thước sản phẩm: 0.25 lít và 0.4 lít Thị trường xuất khẩu: Nhật, Campuchia, Mông Cổ Một số sản phẩm dầu mè trên thế giới TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] – Dan Anderson, “A Primer on Oils Processing Technology”, 2004 [2] – Nurhan Turgut Dunford, “Nutritionally Enhanced Edible Oil and Oilseed Processing”, AOCS Press Champaign, Illinois, 2004 [3] – P. Fellows, “Food Processing Technology: principles and practice – 2nd edition”, CRC Press Boca Raton, 2000 [4] – Richard D. O’Brien, ”Fats and Oils”, Boca Raton London New York Washington, D.C, 2004 [5] – Zacharias B. Maroulis, George D. Saravacos, “Food Process Design”, 2003