Nghiên cứu sản xuất dầu thô từ trái bơ trồng tại Đăk Lăk

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 18 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT DẦU THÔ TỪ TRÁI BƠ TRỒNG TẠI ĐĂK LĂK STYDY ON PRODUCING CRUDE OIL FROM AVOCADO CULTIVATED IN DAK LAK Thái Văn Đức1, Phan Thị Khánh Vinh2, Trần Thanh Giang3 Ngày nhận bài: 26/3/2015; Ngày phản biện thông qua: 25/02/2016; Ngày duyệt đăng: 15/6/2016 TÓM TẮT Bơ là một trong những loại trái cây bổ dưỡng nhất trên thế giới. Hàm lượng dầu trong trái bơ tương đối cao 15 ÷ 30%. Mặc dù trên thế giới dầu bơ đã được sản xuất với số lượng lớn bằng nhiều phương pháp khác nhau, các nghiên cứu về dầu bơ ở Việt Nam vẫn còn ít và chưa công bố rộng rãi. Nghiên cứu này nhằm sản xuất dầu thô từ trái bơ bằng phương pháp trích ly. Kết quả cho thấy rằng độ ẩm còn lại trong nguyên liệu bơ cho hiệu suất trích ly dầu cao nhất và chất lượng dầu thô thích hợp nhất là 30 (%). Tối ưu hoá công đoạn trích ly dầu bơ với các thông số như sau: tỉ lệ dung môi/nguyên liệu là 19:12 (v/w), nhiệt độ 570C, thời gian 4,34h. Quá trình trích ly trên cho hiệu suất cao nhất và đạt 91,37 ± 0,13%. Từ khóa: trái bơ, Persea americana , dầu bơ thô, tối ưu hoá, trích ly ABSTRACT Avocado (Persea americana mill) is one of the most nutritious fruits in the world. The oil content in avocados are relatively high 15 ÷ 30%. Although avocado oil has been produced in large quantities in the world by many different methods, the study on avocado oil in Vietnam are not much and not widely published. This study aimed to produce avocado oil by extraction method. The results showed that the extraction effi ciency and the quality of crude oil were highest when the remained moisture in the raw avocado reached 30%. The optimal point of extraction was achieved at the rate of solvent/material, the extraction temperature and the extraction time were 19.12 (v/w), 570C, 4,34h, respectively. The highest extraction effi ciency was 91.37 ± 0.13%. Keywords: avocado, Persea americana, crude avocado oil, optimization, extraction 1, 2, 3: Khoa Công nghệ thực phẩm – Trường Đại học Nha Trang I. ĐẶT VẤN ĐỀ Cây bơ có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới Trung Mỹ (Mexico, Guatemala và quần đảo Antilles). Bơ là một trong những loại trái cây bổ dưỡng nhất trên thế giới với tên khoa học là Persea americana mill. Hàm lượng dầu trong trái bơ tương đối cao 15 ÷ 30%, ở dưới dạng nhũ dầu nên rất dễ tiêu hóa, cơ thể có thể hấp thu đến 92,8%. Trong dầu bơ có hàm lượng chất béo không bão hòa cao nên tốt cho tim mạch và sức khỏe [3]. Trên thế giới, dầu bơ đã được sản xuất với số lượng lớn bằng nhiều phương pháp khác nhau như trích ly, ly tâm, ép lạnh [2,4]. Nước sản xuất dầu bơ lớn nhất là Mexico (34%), tiếp theo là Mỹ (8%), Israel (4%) và Nam Phi (2%) với tổng sản lượng ước tính là 250.000 tấn [1]. Đặc biệt, hiện nay tại New Zealand có Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 19 2 nhà máy chuyên sản xuất dầu bơ với máy móc công nghệ tiên tiến sản xuất dầu theo phương pháp ép lạnh, cho dầu bơ với chất lượng cao. Dầu bơ có chất lượng ngày càng cao và đa dạng chủng loại, đáp ứng cho không chỉ công nghiệp mỹ phẩm mà còn cho ngành thực phẩm [3]. Ở nước ta, tuy mỗi năm cung ứng ra thị trường khoảng 80.000 tấn bơ [1] nhưng các sản phẩm chế biến từ bơ không nhiều, đa số chỉ được sử dụng như một món ăn tươi, chế biến thành sinh tố hoặc sản xuất bơ lạnh đông xuất khẩu. Chính vì lí do đó giá trị kinh tế của chuỗi giá trị gia tăng vẫn còn thấp. Bên cạnh đó, các nghiên cứu ở Việt Nam về dầu bơ vẫn chưa nhiều. Một số công trình nghiên cứu dầu bơ do sinh viên các trường Đại học Công Nghiệp, Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh thực hiện, tuy nhiên vẫn chưa công bố rộng rãi. Do đó, nghiên cứu này được thực hiện nhằm đưa ra quy trình sản xuất dầu bơ và đề xuất các thông số tối ưu cho quá trình trích ly dầu thô từ trái bơ. Kết quả ban đầu này sẽ góp phần giúp phổ biến sản phẩm dầu bơ này hơn. II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1 Đối tượng nghiên cứu Trái bơ dùng làm nguyên liệu trong nghiên cứu thuộc chủng Mexico: trái nhỏ, thuôn dài; vỏ mỏng, trơn tru, chuyển sang xanh, vàng xanh, hay đỏ tím, đỏ sẫm khi chín; hạt hơi lớn, vỏ hạt mỏng, khi chín hạt nằm lỏng trong lòng quả, lắc không kêu; thịt quả màu vàng kem hay vàng đậm. Ở Việt Nam thường gọi là bơ sáp, có hàm lượng chất béo rất cao: 15 ÷ 30%. Đây là chủng bơ có chất lượng cao nhất. Bơ được mua từ Đăk Lăk, vận chuyển về bằng thùng gỗ, được ủ chín ở điều kiện thường. Đặc điểm trái bơ: trái nhỏ có dạng thuôn dài, kích thước đều nhau, nguyên vẹn, màu xanh bóng, đạt độ chín kĩ thuật, khi chín có màu xanh hoặc tím. Hoá chất: Hexan do Trung Quốc sản xuất với tính chất sau: tỷ trọng: 0,658 ÷ 0,663g/ml, định tính chất không bay hơi ≤ 0,001%, định tính giới hạn axit-kiềm đạt yêu cầu. 2. Phương pháp nghiên cứu 2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng ẩm đến hiệu suất trích ly dầu và chất lượng dầu bơ thô Mẫu tươi (M0) được giữ nguyên độ ẩm ban đầu 79,07x ± 0,2685%, 5 mẫu còn lại được sấy bằng máy sấy nóng kết hợp sấy lạnh, nhiệt độ sấy ở 35oC đến các độ ẩm (so với khối lượng mẫu ban đầu) khác nhau, lần lượt là: độ ẩm 75% (M1), 60% (M2), 45% (M3), 30% (M4), 15% (M5). Sau đó đem 6 mẫu đi trích ly bằng dung môi hexan, tỉ lệ dung môi/nguyên liệu: 12/1 (v/w), thời gian 3,5 giờ, nhiệt độ 500C. Mẫu dầu thô sau khi đi cô quay thu hồi dung môi được đem đi xác định hiệu suất trích ly và chỉ số peroxyt nhằm so sánh, đánh giá hiệu suất trích ly và chất lượng dầu giữa các mẫu. Từ đó phân tích số liệu và chọn ra độ ẩm thích hợp để cho hiệu suất dầu và chất lượng dầu thích hợp nhất. 2.2. Nghiên cứu tối ưu hóa công đoạn trích ly dầu thô từ thịt trái bơ Mẫu bơ có độ ẩm đã được chọn ở thí nghiệm 2.1. Cho mẫu bơ có khối lượng 10g vào bình tam giác 250 ml. Sau đó bổ sung dung môi hexan vớ i các thông số đã bố trí theo mô hình mã hóa như bảng 1. Hàm mục tiêu là hiệu suất trích ly dầu bơ (R). Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 20 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tính toán xử lý kết quả và vẽ đồ thị và đưa ra phương trình hồi quy về hiệu suất trích ly dầu bằng phần mềm Design - Expert 8.0.7.1 Trial. Phương trình hồi quy tuyến tính bậc 2 về hiệu suất trích ly dầu có dạng: R = b0 + b1A + b2B + b3C + b4AB + b5AC + b6BC + b7A 2 + b8B 2 + b9C2 3. Phương pháp phân tích Xác định độ ẩm ban đầu theo phương pháp sấy đến khối lượng không đổi. G1 - G2 XH2O = ———— * 100(%) G1 - G Trong đó: XH2O: Độ ẩm của thực phẩm (%). G1: Khối lượng cốc sấy và mẫu thử trước sấy (g). G2: Khối lượng cốc sấy và mẫu thử sau sấy (g). G: Khối lượng cốc sấy (g). Xác định chỉ số acid theo TCVN 6217:2007 (ISO 660:1996). Xác định chỉ số iod theo TCVN 6122:2007 (ISO 3961:1996). Xác định chỉ số peroxyt theo TCVN 6121:2007 (ISO 3960:2001). Xác định phần trăm hàm lượng lipid trong nguyên liệu ban đầu và trong bán thành phẩm sau công đoạn sấy theo phương pháp Folch. - Xác định hiệu suất thu hồi dầu: Hiệu suất trích ly dầu ở công đoạn trích ly được tính theo công thức: Trong đó: R: Hiệu suất trích ly dầu (%). H1: Hàm lượng dầu trích ly được tính theo phần trăm khối lượng (%). H2: Hàm lượng dầu có trong nguyên liệu sau khi sấy tính theo phần trăm khối lượng (%). III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 1. Ảnh hưởng của hàm lượng ẩm đến hiệu suất trích ly dầu dầu thô từ thịt trái bơ Ảnh hưởng của hàm lượng ẩm đến hiệu suất trích ly dầu từ thịt trái bơ được trình bày ở hình 1. Bảng 1. Mô hình tối ưu hóa hiệu suất trích ly dầu bơ STT A: Tỉ lệ dung môi/nguyên liệu (v/w) B: Nhiệt độ (0C) C: Thời gian (h) R: Hiệu suất trích ly (%) Mã hóa Thực nghiệm Mã hóa Thực nghiệm Mã hóa Thực nghiệm 1 -1 15 -1 45 0 4 60,11 2 1 20 -1 45 0 4 84,90 3 -1 15 1 65 0 4 61,21 4 1 20 1 65 0 4 89,47 5 -1 15 0 55 -1 3 54,92 6 1 20 0 55 -1 3 82,33 7 -1 15 0 55 1 5 66,69 8 1 20 0 55 1 5 87,67 9 0 17,5 -1 45 -1 3 74,04 10 0 17,5 1 65 -1 3 76,41 11 0 17,5 -1 45 1 5 82,06 12 0 17,5 1 65 1 5 83,17 13 0 17,5 0 55 0 4 87,50 14 0 17,5 0 55 0 4 85,85 15 0 17,5 0 55 0 4 86,50 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 21 Từ kết quả ở đồ thị hình 1 cho khi độ ẩm còn lại trong nguyên liệu giảm từ 100% xuống 30%, hiệu suất trích ly dầu tăng lên và đạt cực đại 62,6% ở độ ẩm 30%. Khi độ ẩm còn lại trong nguyên liệu tiếp tục giảm xuống 15%, hiệu suất trích ly dầu vẫn giữ nguyên ở 62,6%. Điều này có thể được giải thích như sau: Khi độ ẩm trong nguyên liệu cao, cấu trúc kết dính của nguyên liệu cao cùng với sự liên kết chặt chẽ của các phân tử nước với protein và các phân tử háo nước khác làm cản trở sự di chuyển của dung môi vào trong nguyên liệu, từ đó làm giảm quá trình khuếch tán đối lưu của dầu vào dung môi, giảm khả năng trích ly dầu, nên hiệu suất trích ly dầu thấp [2,4]. Trong quá trình sấy, các phân tử nước tự do cũng như nước liên kết sẽ linh động hơn, bứt ra khỏi liên kết với protein và các phân tử khác, thoát ra khỏi bề mặt nguyên liệu tạo thành các khe trống giữa các phân tử. Lúc này dung môi dễ dàng di chuyển vào bên trong nguyên liệu hơn, làm tăng khả năng khuếch tán của dầu vào dung môi, tăng khả năng trích ly dầu. Tuy nhiên, khi tiếp tục sấy đến độ ẩm 15%, thì hiệu suất trích ly dầu không tăng nữa, điều này có thể do dưới tác dụng của nhiệt độ sấy và thời gian sấy kéo dài làm cho nguyên liệu khô cứng lại, các mao quản bị bịt kín, dẫn đến dầu khó thoát ra bên ngoài. Ngoài ra, nguyên liệu tiếp xúc với oxy không khí lâu, làm tăng quá trình oxy hóa, một phần dầu mất đi do bị oxy hóa và chuyển thành sản phẩm cấp thấp. 2. Ảnh hưởng của hàm lượng ẩm đến chỉ số peroxyt của dầu thô được trích ly từ thịt trái bơ Chỉ số peroxyt thể hiện chất lượng của dầu, chỉ số peroxyt càng cao chứng tỏ chất lượng dầu càng giảm sút. Sự biến đổi chỉ số peroxyt của dầu thô được thể hiện trong hình 2. Hình 1. Ảnh hưởng của hàm lượng ẩm đến hiệu suất trích ly dầu từ thịt trái bơ Hình 2. Ảnh hưởng của hàm lượng ẩm đến chỉ số peroxyt của dầu thô được trích ly từ thịt trái bơ Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 22 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Khi độ ẩm còn lại trong nguyên liệu giảm thì chỉ số peroxyt cũng tăng dần. Điều này là do, trong quá trình sấy, xảy ra sự tiếp xúc giữa nguyên liệu và oxy không khí nên các phân tử lipid bị tác động, cắt mạch tạo các gốc tự do và phân tử cấp thấp hơn, dễ dàng bị oxy hóa tạo thành peroxyt, làm cho chất lượng dầu bị giảm mạnh. Từ các kết quả trên ta thấy rằng độ ẩm còn lại trong nguyên liệu bơ thích hợp cho quá trình trích ly dầu cho hiệu suất trích ly dầu cao nhất và chất lượng dầu thô thích hợp nhất là 30%. 3. Tối ưu hóa quá trình trích ly dầu thô bằng dung môi hexan Sau khi sàng lọc các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly dầu, công đoạn trích ly dầu từ thịt trái bơ được thiết kế bằng phần mềm tối ưu Design - Expert 8.0.7.1 Trial. Kết quả phân tích ANOVA (bảng 2) cho thấy giá trị “p-value” (prob > F) ở các yếu tố được chấp nhận khi có giá trị “< 0,0500”. Các giá trị p-value của yếu tố A, B, C, AC, A2, B2, C2 đều “< 0,0500” vì vậy các yếu tố này đều có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất trích ly dầu. Còn giá trị p-value của yếu tố AB và BC đều “> 0,0500”, do đó mức độ tương tác đôi của hai yếu tố tỉ lệ dung môi/nguyên liệu - nhiệt độ và thời gian - nhiệt độ không ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly dầu. Qua đó ta thấy các hệ số b1, b2 , b3, b5, b7, b8, b9 là có ý nghĩa với mức độ tin cậy là 95%. Bảng 2. Bảng ANOVA tối ưu hóa hiệu suất trích ly dầu tại công đoạn trích ly Source Sum of Squares df Mean Square F value p-value Prob > F Model 1830,62 9 203,40 189,19 < 0,0001 Signifi cant A-Tỉ lệ dung môi moimmmoimoi/nguyen lieu 1286,48 1 1286,48 1196,60 < 0,0001 B-Nhiệt độ 10,47 1 10,47 9,74 0,0262 C-Thời gian 127,07 1 127,07 118,19 0,0001 AB 2,99 1 2,99 2,78 0,1564 AC 10,34 1 10,34 9,62 0,0268 BC 0,40 1 0,40 0,37 0,5680 A2 322,95 1 322,95 300,39 < 0,0001 B2 41,17 1 41,17 38,30 0,0016 C2 70,07 1 70,07 65,17 0,0005 Residual 5,38 5 1,08 Lack of Fit 4,00 3 1,33 1,93 0,3586 Not signifi cant Pure Error 1,38 2 0,69 Cor Total 1836,00 14 Từ đó, ta được phương trình hồi quy tuyến tính về hiệu suất trích ly dầu ở công đoạn trích ly như sau: R = 86,61 + 12,68A + 1,14B + 3,99C - 1,61AC - 9,35A2 - 3,34B2 - 4,36C2 Sau khi đưa ra phương trình hồi quy tuyến tính về hiệu suất trích ly dầu đã được kiểm định sự tương thích với thực nghiệm, phần mềm đã vẽ ra biểu đồ tối ưu hiệu suất trích ly dầu tại công đoạn trích ly được thể hiện ở hình 3 và hình 4. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 23 Qua kết quả thực nghiệm ta thấy, hiệu suất trích ly tại điểm tối ưu là 91,37%, cao hơn các điểm khảo sát xung quanh tại vùng lân cận. Vậy, dự đoán của mô hình là phù hợp với thực nghiệm. Tuy nhiên, kết quả không đạt như dự đoán là 91,5%, điều này có thể giải thích là do trong quá trình làm thí nghiệm có xảy ra sự thất thoát do thao tác, do sai số của thiết bị, nhưng mức độ chênh lệch không cao 0,2%, có thể chấp nhận được. Vậy, ở tỉ lệ dung môi/nguyên liệu là 19,12 (v/w), nhiệt độ trích ly là 570C, thời gian trích ly là 4,34h là điểm tối ưu của công đoạn trích ly dầu từ thịt trái bơ cho hiệu suất trích ly là cao nhất nằm trong vùng 91,37 ± 0,13%. Sản phẩm dầu thô thu được bằng quá trình trích ly trong dung môi hexan với các thông số tối ưu như trên có màu vàng xanh và đạt các chỉ tiêu hóa học thể hiện trong bảng 4. Hình 3. Biểu đồ bề mặt 3D tối ưu hiệu suất trích ly dầu bơ tại công đoạn trích ly Hình 4. Biểu đồ đường đồng mức tối ưu hiệu suất trích ly dầu bơ tại công đoạn trích ly Hiệu suất trích ly dầu đạt tối ưu dự đoán là 91,49% tại tâm của vùng có giá trị cao nhất. Và giá trị các yếu tố tại điểm tối ưu: tỷ lệ dung môi/nguyên liệu là 19,12 v/w, thời gian trích ly là 4,34 h và nhiệt độ trích ly là 570C. Bảng 3. Kết quả thực nghiệm tối ưu hiệu suất trích ly dầu Thí nghiệm Tỉ lệ dung môi/nguyên liệu (v/w) Nhiệt độ (0C) Thời gian (h) Hiệu suất trích ly (%) 16 19,12 51 4 90,52 17 19,12 54 4 90,59 18 19,12 57 4,34 91,37 19 19,12 54 4,68 90,70 20 19,12 51 4,68 90,65 Bảng 4. Một số chỉ tiêu hóa học của sản phẩm dầu thô từ trái bơ STT Tên chỉ tiêu Hàm lượng 1 Chỉ số acid (mg KOH/g dầu) 0,9476 ± 0,045 2 Chỉ số iod (g iod/g dầu) 4,23 ± 0,0488 3 Chỉ số peroxyt (Meq/kg) 3,042 ± 0,0968 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 24 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận: Dựa trên kết quả nghiên cứu thử nghiệm quy trình sản xuất dầu thô từ thịt trái bơ bằng phương pháp trích ly đưa ra một số kết luận sau: - Độ ẩm còn lại trong nguyên liệu ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất trích ly dầu và chất lượng dầu. Độ ẩm còn lại trong nguyên liệu là 30% cho hiệu suất trích ly dầu là cao nhất và chất lượng dầu tốt nhất. - Thiết lập được phương trình biểu diễn mối tương quan giữa hiệu suất trích ly và thời gian, nhiệt độ, tỷ lệ dung môi như sau: R = 86,61 + 12,68A + 1,14B + 3,99C - 1,61AC - 9,35A2 - 3,34B2 - 4,36C2. Hiệu suất trích ly dầu đạt cực đại với 91,37 ± 0,13% sau 4,34 giờ trích ly ở nhiệt độ 57oC và tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 19,12 (v/w). Hiệu suất thu hồi dung môi bằng phương pháp cô quay chân không là 93,67%. 2. Kiến nghị - Ứng dụng dầu thô thu được vào thực phẩm chưa nhiều vì thế cần nghiên cứu tinh chế dầu thô thành dầu tinh luyện, giúp tăng giá trị của dầu bơ. - Nghiên cứu sử dụng dầu bơ thô vào các thực phẩm giúp tăng giá trị dầu bơ thô. - Lượng dung môi thu hồi được là rất lớn, ít lẫn tạp chất, tuy nhiên do quy mô phòng thí nghiệm nên chưa nghiên cứu tái sử dụng được. Do đó, trong quy mô công nghiệp có thể tái sử dụng lại lượng dung môi để giảm hao phí và đảm bảo tính kinh tế. - Nghiên cứu tách chiết dầu bơ bằng phương pháp ly tâm. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Chương trình phát triển MPI-GTZ SME. Phân tích chuỗi giá trị bơ Đăk Lăk. 2. Nguyễn Quang Lộc, Lê Văn Thạch, Nguyễn Nam Vinh. Kỹ thuật ép dầu và chế biến dầu, mỡ thực phẩm. NXB Khoa học Kỹ thuật, 1993, 13-27. Tiếng Anh 3. Cv. Hass. International trends in fresh avocado and avocado oil production and seasonal variation of fatty acids in new zealand-grown. L. Cecilia Requejo-Tapia, 1999, 45. 4. Wolf Hamm, Richard J.Hamilton. Edible oil processing. Sheffi eld Academic Press, 2000. 5. Frank D. Gunstone, Vegetable oils in food technology: composition, properties and uses, Blackwell Publishing, 2002