Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Thứ ba, 31/03/2020 | 23:13

Thứ ba, 31/03/2020 | 23:13

Kết quả nhiệm vụ KHCN

Cập nhật lúc 15:12 ngày 21/02/2020

Xác định phương pháp tách dầu mắc ca

TÓM TẮT
Mục đích của nghiên cứu này là xác định và lựa chọn phương pháp thích hợp để tách dầu mắc ca. Tiến hành thí nghiệm với 3 phương pháp là tách bằng dung môi CO2 siêu tới hạn, tách bằng ete dầu hỏa và tách bằng phương pháp ép cơ học. Kết quả cho thấy phương pháp tách bằng dung môi CO2 siêu tới hạn, hiệu suất thu hồi dầu mắc ca 68,72 ± 0,2%, chỉ số iot 105,83 mg iot/g, điểm cảm quan 16,74 điểm, hàm lượng các axit béo không no oleic 63,12% và linoleic 2,9%... cao hơn phương pháp tách bằng ete dầu hỏa và tách bằng phương pháp ép cơ học.
1. MỞ ĐẦU
Cây mắc ca có tên khoa học là Macadamia, là cây thực phẩm, quả mắc ca có giá trị dinh dưỡng cao. Trong nhân mắc ca có hơn 20 loại axít amin, trong đó có 10 loại axit amin không thay thế mà cơ thể người không tự tổng hợp được. Ngoài thành phần protein, trong nhân mắc ca còn có glucid, vitamin, chất khoáng và đặc biệt là hàm lượng lipid chiếm 78,2%… trong đó có axit béo không no chiếm tới 84%. Các axit béo omega-3, omega-7 trong nhân mắc ca là những axit béo rất cần thiết và quan trọng đối với con người [1, 2]. Hiện nay trên thế giới nhân mắc ca được dùng để chế biến các sản phẩm mắc ca rang, hạt mắc ca rang vị mật ong, nhân mắc ca rang muối, chế biến nhân bánh, chocolate, nước giải khát, dầu salat và sữa chua mắc ca [3]. Để sản xuất dầu mắc ca, người ta vẫn chủ yếu sử dụng phương pháp ép cơ học hoặc dùng dung môi hữu cơ để tách. Ở nước ta, cây mắc ca mới được đưa vào trồng khảo nghiệm từ năm 1994 và trồng thử nghiệm trong những năm gần đây, do đó rất ít các công trình nghiên cứu về chế biến quả mắc ca [1], đặc biệt là tách dầu mắc ca. Việc ứng dụng dung môi CO2 siêu tới hạn để tách dầu mắc ca góp phần làm tăng hiệu suất thu hồi dầu và giữ được các tính chất đặc trưng của dầu mắc ca. Trong nghiên cứu đã xác định được hiệu suất thu hồi dầu mắc ca bằng dung môi CO2 siêu tới hạn, phân tích đánh giá một số chỉ số hóa lý của dầu mắc ca, góp phần làm cơ sở khoa học cho việc sản xuất dầu mắc ca.
2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên vật liệu
Quả mắc ca tươi, giống 246 (Keauhou) được thu hái ở thời điểm 215 ngày (tính từ khi đậu quả) tại 3 trang trại trồng cây mắc ca ở thành phố Sơn La- tỉnh Sơn La [4]. Mỗi mẫu sử dụng là 1000g, thí nghiệm được lặp lại 3 lần.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Tách dầu mắc ca bằng dung môi CO2 siêu tới hạn
Nhân mắc ca sau khi tách vỏ và nghiền nát cho vào bình chiết của thiết bị tách siêu tới hạn SFC S.N11419. Tiến hành tách với lưu lượng dung môi CO2 10g/phút, nhiệt độ từ 400C đến 600C và áp suất từ 100 bar đến 250 bar [5, 6, 7].
2.2.2. Tách dầu mắc ca bằng dung môi ete dầu hỏa
Nhân mắc ca sau khi tách vỏ và nghiền nát cho vào bộ dụng cụ chiết. Tiến hành ngâm và chiết ở nhiệt độ phòng với ete dầu hỏa trong 8 giờ, sau đó cô quay chân không bằng thiết bị cô quay Buchi R-215 để loại bỏ dung môi [6].
2.2.3. Tách dầu mắc ca bằng phương pháp cơ học
Nhân mắc ca sau khi tách vỏ và nghiền vỡ, ép cơ học bằng thiết bị ép trục vít, sau đó lọc loại bỏ bã và thu hồi dầu mắc ca.
2.2.4. Phương pháp xác định hiệu suất tách dầu mắc ca [6]
Hiệu suất tách dầu mắc ca là lượng dầu mắc ca thu được của mỗi lần tách trên lượng dầu thực tế có trong hạt mắc ca, được xác định theo công thức sau:


Trong đó m: khối lượng dầu thực tế có trong hạt mắc ca (g), m1: khối lượng dầu mắc ca thu được ở mỗi lần tách (g).
2.2.5. Phương pháp đánh giá chất lượng cảm quan
Chỉ tiêu cảm quan của dầu mắc ca được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 3215-79. Trạng thái, màu sắc, mùi và vị của dầu mắc ca được xác định theo thang điểm 5 gồm 6 bậc, cao nhất là 20 điểm và thấp nhất là 0 điểm. Tính điểm trung bình của các thành viên hội đồng đối với từng chỉ tiêu cảm quan, tiếp theo nhân với hệ số quan trọng tương ứng của chỉ tiêu đó gọi là điểm có trọng lượng của từng chỉ tiêu, sau đó tính tổng số điểm có trọng lượng của tất cả các chỉ tiêu cảm quan được số điểm chung (có trọng lượng). Với loại tốt (18,6-20 điểm), loại khá (15,2-18,5), loại trung bình (11,2-15,1), loại kém (7,2-11,1), loại rất kém (4,0-7,2) và loại hỏng (0-3,9). Hội đồng cảm quan có 7 người, gồm chủ tịch, thư ký và các ủy viên. Hệ số quan trọng được hội đồng thống nhất là: Màu sắc, độ trong (0,8), độ sánh (0,6), mùi (1,3) và vị (1,3). Mỗi thành viên hội đồng nhận được một phiếu đánh giá, các mẫu dầu mắc ca đã được mã hóa bằng chữ cái in hoa, sau đó đánh giá và điền kết quả vào phiếu. Sau mỗi lần đánh giá từng mẫu các thành viên phải sử dụng nước lọc để thanh vị trước khi đánh giá mẫu tiếp theo [8].
2.2.6. Phương pháp xác định thành phần hóa học của dầu mắc ca
Sản phẩm dầu mắc ca được phân tích chỉ số axit theo AOCS Cd 8-53 (1997) [9] và chỉ số iot theo TCVN 6122:2010 [10]. Thành phần hóa học của sản phẩm dầu mắc ca được phân tích bằng máy sắc ký ghép khối phổ GC-MS Agilent 6090 GC/5973 MS, cột DB23 60 m x 0,25 mm x 0,15 μm [6, 11].
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của phương pháp tách đến hiệu suất thu hồi dầu mắc ca
Để xác định ảnh hưởng của phương pháp tách đến hiệu suất thu hồi dầu mắc ca, tiến hành thực hiện với 3 phương pháp là phương pháp dung môi CO2 siêu tới hạn, phương pháp ete dầu hỏa và phương pháp cơ học bằng máy ép trục vít. Kết quả được thể hiện ở bảng 1.
Bảng 1. Ảnh hưởng của phương pháp tách đến hiệu suất thu hồi dầu mắc ca
TT
Phương pháp tách
Hiệu suất thu hồi dầu (%)
1
Dung môi CO2 siêu tới hạn
68,72 ± 0,2
2
Dung môi ete dầu hỏa
59,68 ± 0,1
3
Ép cơ học
63,57 ± 0,2
                                                  Giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn, n=3
Kết quả nghiên cứu trong bảng 1 cho thấy, trong 3 phương pháp tách, phương pháp sử dụng dung môi CO2 siêu tới hạn cho hiệu suất thu hồi dầu cao nhất là 68,72 ± 0,2%, sau đó đến biện pháp ép cơ học bằng máy ép trục vít là 63,57 ± 0,2% và thấp nhất là phương pháp tách bằng dung môi ete dầu hỏa là 59,68 ± 0,1%. Như vậy việc sử dụng dung môi CO2 siêu tới hạn đã làm tăng hiệu suất thu hồi dầu mắc ca từ 5-9% so với các phương pháp khác.
3.2. Ảnh hưởng của phương pháp tách đến chỉ số hóa lý của dầu mắc ca
Phương pháp tách cũng ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ số hóa lý trong dầu mắc ca, các chỉ số hóa lý đó đều biểu thị chất lượng của dầu. Kết quả xác định ảnh hưởng của phương pháp tách đến các chỉ số hóa lý của dầu mắc ca được thể hiện ở bảng 2.
Bảng 2. Ảnh hưởng của phương pháp tách đến các chỉ số hóa lý của dầu mắc ca
TT
Phương pháp tách
Chỉ số hóa lý
Chỉ số axit (mg KOH/g)
Chỉ số iot (mg iot/g)
1
Dung môi CO2 siêu tới hạn
1,28
105,83
2
Dung môi ete dầu hỏa
2,06
76,95
3
Ép cơ học
8,93
97,59
Dựa vào kết quả nghiên cứu trong bảng 2 cho thấy, phương pháp tách bằng dung môi CO2 siêu tới hạn thu được dầu có chỉ số iot cao nhất là 105,83 mg iot/g, sau đó là phương pháp ép cơ học với chỉ số iot của dầu thu được là 97,59 mg iot/g và thấp nhất là phương pháp tách bằng dung môi ete dầu hỏa với chỉ số iot của dầu là 76,95 mg iot/g. Dầu mắc ca thu được ở phương pháp tách bằng dung môi CO2 siêu tới hạn có chỉ số axit là 1,28 mg KOH/g thấp nhất so với phương pháp tách bằng ete dầu hỏa và phương pháp ép cơ học. Điều đó chứng tỏ trong điều kiện CO2 siêu tới hạn, đã hạn chế được sự biến đổi của các axit béo không no ở trong dầu. Vì vậy có thể kết luận rằng tách bằng dung môi CO2 siêu tới hạn thu được dầu mắc ca có hàm lượng axit béo không no cao hơn, dầu có độ tươi hơn so với phương pháp ép cơ học và phương pháp tách bằng ete dầu hỏa.
3.3. Ảnh hưởng của phương pháp tách đến chỉ tiêu cảm quan của dầu mắc ca
Chỉ tiêu cảm quan của dầu mắc ca ở 3 phương pháp tách được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 3215-79. Kết quả đánh giá chỉ tiêu cảm quan của dầu mắc ca được thể hiện ở bảng 3.
Bảng 3. Ảnh hưởng của phương pháp tách đến chỉ tiêu cảm quan của dầu mắc ca
TT

Chỉ tiêu cảm quan

Phương pháp tách
Dung môi CO2 siêu tới hạn
Dung môi ete dầu hỏa
Ép cơ học
1

Màu sắc, độ trong

3,87
3,18
3,86
Vàng óng, trong suốt
Vàng, trong
Vàng trong
2

Độ sánh

4,52
3,76
4,51
Sánh, có ít cặn
Sánh, có nhiều cặn
Sánh, có ít cặn
3

Mùi

3,73
3,35
3,72
Mùi thơm đặc trưng
Mùi thơm
Mùi thơm đặc trưng
4

Vị

4,62
3,83
4,59
Vị béo
Vị béo
Vị béo
Tổng điểm
16,74
14,12
16,68
Xếp loại
Khá
Trung bình
Khá
So sánh chỉ tiêu cảm quan của dầu mắc ca ở 3 phương pháp tách, kết quả trong bảng 3 cho thấy dầu mắc ca tách bằng dung môi CO2 siêu tới hạn và dầu mắc ca tách bằng phương pháp ép cơ học có tổng điểm các chỉ tiêu cảm quan tương ứng là 16,74 điểm và 16,68 điểm, được xếp loại khá. Trong khi đó dầu mắc ca được tách bằng dung môi ete dầu hỏa có tổng điểm các chỉ tiêu cảm quan là 14,12 điểm và được xếp loại trung bình. Như vậy dầu mắc ca tách bằng dung môi CO2 siêu tới hạn vẫn giữ được các chỉ tiêu cảm quan đặc trưng của dầu.
3.4. Ảnh hưởng của phương pháp tách đến hàm lượng các axit béo trong dầu mắc ca
Phương pháp tách cũng ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng các axit béo trong dầu mắc ca. Nếu lựa chọn phương pháp tách phù hợp sẽ góp phần làm tăng hiệu suất thu hồi các axit béo, đặc biệt là axit béo không no. Kết quả xác định ảnh hưởng của phương pháp tách đến hàm lượng các axit béo trong dầu mắc ca được thể hiện ở bảng 4.
Bảng 4. Ảnh hưởng của phương pháp tách đến hàm lượng các axit béo trong dầu mắc ca
TT
Thành phần
các axit béo (%)
Phương pháp tách
Dung môi CO2 siêu tới hạn
Dung môi ete dầu hỏa
Ép cơ học
1
A.Myristic (C14:0)
0,47
1,04
0,67
2
A.Pentadecanoic (C15:0)
3,09
4,12
3,89
3
A.Palmitic (C16:0)
9,13
11,47
10,25
4
A.Palmitoleic (C16:1)
11,16
16,23
13,64
5
A.Stearic (C18:0)
3,71
4,08
3,86
6
A.Oleic (C18:1)
63,12
55,49
59,28
7
A.Linoleic (C18:2)
2,90
2,17
2,72
8
A.Anachidic (20:0)
3,57
2,96
3,03
9
A.Eicosenoic (C20:1)
2,82
2,43
2,64
10
A.Behenic (C22:0)
0,03
0,01
0,02
Bằng phương pháp GC-MS đã xác định được 8 axit béo trong các mẫu dầu mắc ca ở cả 3 phương pháp tách. Kết quả trong bảng 4 cho thấy mẫu dầu mắc ca được tách bằng dung môi CO2 siêu tới hạn có hàm lượng axit béo không no cao hơn hai mẫu còn lại, đặc biệt là axit béo oleic chiếm 63,12%, axit béo linoleic chiếm 2,90%. Trong khi đó phương pháp ép cơ học, hàm lượng axit béo oleic chiếm 59,28% và axit béo linoleic chiếm 2,72%; phương pháp tách bằng ete dầu hỏa, hàm lượng axit béo oleic chiếm 55,49% và axit béo linoleic chiếm 2,17%. Như vậy phương pháp tách cũng ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng các axit béo trong dầu.
Xét về góc độ hiệu quả kinh tế thì phương pháp tách bằng dung môi CO2 siêu tới hạn cho hiệu quả kinh tế cao hơn, do lương dầu thu được chiệt để hơn, chi phí nhân công, chi phí điện nước và hao mòn thiết bị thấp hơn so với phương pháp tách bằng dung môi ete dầu hỏa và phương pháp ép cơ học. Do đó từ các kết quả này chọn phương pháp tách bằng dung môi CO2 siêu tới hạn để khai thác và thu hồi dầu mắc ca.
4. KẾT LUẬN
Sử dụng dung môi CO2 siêu tới hạn cho hiệu suất thu hồi dầu cao nhất là 68,72 ± 0,2%, sau đó đến biện pháp ép cơ học bằng máy là 63,57 ± 0,2% và thấp nhất là phương pháp tách bằng dung môi ete dầu hỏa là 59,68 ± 0,1%. Bằng dung môi CO2 siêu tới hạn thu được dầu mắc ca có hàm lượng axit béo không no cao hơn, dầu có độ tươi hơn so với phương pháp ép cơ học và phương pháp tách bằng ete dầu hỏa. Dầu mắc ca tách bằng dung môi CO2 siêu tới hạn và dầu mắc ca tách bằng phương pháp ép cơ học có tổng điểm các chỉ tiêu cảm quan tương ứng là 16,74 điểm và 16,68 điểm, được xếp loại khá. Trong khi đó dầu mắc ca được tách bằng dung môi ete dầu hỏa có tổng điểm các chỉ tiêu cảm quan là 14,12 điểm và được xếp loại trung bình.
Dầu mắc ca được tách bằng CO2 siêu tới hạn có hàm lượng axit béo không no cao hơn hai mẫu còn lại, hàm lượng axit béo oleic chiếm 63,12%, axit béo linoleic chiếm 2,90%. Trong khi đó phương pháp ép cơ học, hàm lượng axit béo oleic chiếm 59,28% và axit béo linoleic chiếm 2,72%; phương pháp tách bằng ete dầu hỏa, hàm lượng axit béo oleic chiếm 55,49% và axit béo linoleic chiếm 2,17%. Vì vậy chọn phương pháp tách bằng dung môi CO2 siêu tới hạn để khai thác và thu hồi dầu mắc ca.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]    Hoàng Hòe. Ngành công nghiệp Mắc ca trên thế giới và những bài học cho Việt Nam. Nhà xuất bản Nông nghiệp, 2015.
[2]    Nguyễn Công Tạn. Cây mắc ca, cây ăn quả khô quý hiếm dự báo khả năng phát triển ở các vùng miền núi Việt Nam. Nhà xuất bản Nông nghiệp, 2003.
        [3]    Hays M. Macadamia nuts. American Journal of Botany, 95 (7), 843- 870, 2001.
          [4]    Nguyễn Văn Lợi. Xác định thành phần hóa học của quả mắc ca thu hoạch ở             các thời điểm khác nhau. Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 22, 78-82, 2016.
[5]    Nguyễn Năng Vinh, Nguyễn Thị Minh Tú. Công nghệ chất thơm thiên nhiên. Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội, 2009.
[6]    Nguyễn Hữu Hiếu, Huỳnh Kỳ Phương Hạ, Trịnh Thị Cát Hà, Nguyễn Trong Huy. Ứng dụng kỹ thuật  lưu chất siêu tới hạn để trích ly dầu mù u. Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 52(5B), 441-447, 2014.
[7]    Julio. M.A.A, Sandi. D. Extraction of coffee diterpenes and coffee oil using supercritical carbon dioxide. Food chemistry, 101, 1087-1094, 2006.
[8]    Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3215-79. Sản phẩm thực phẩm phân tích cảm quan- Phương pháp cho điểm, 1-13, 1979.
[9]    AOCS Official Method Cd 8-53 Peroxid value, 1997.
[10]  Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6122-2010. Dầu mỡ động vật và thực vật- xác định chỉ số iot, 2010.
[11]  Hà Duyên Tư. Phân tích hóa học thực phẩm. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2009.

Bài viết thuộc đề tài nghiên cứu "Sản xuất một số loại thực phẩm và thức ăn chăn nuôi từ quả mắc ca" thuộc  Đề án Phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghiệp chế biến đến năm 2020 do Bộ Công Thương chủ trì, giao Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội thực hiện.

Nguyễn Văn Lợi*
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Minh Khai, Bắc Từ Liêm, Hà Nội
lên đầu trang