Tách chiết dầu từ cám gạo

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2013 28 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG TÁCH CHIẾT DẦU TỪ CÁM GẠO EXTRACTION OF OIL FROM RICE BRAN Vũ Duy Đô 1 Ngày nhận bài: 24/01/2013; Ngày phản biện thông qua: 4/5/2013; Ngày duyệt đăng: 15/5/2013 TÓM TẮT Để xây dựng qui trình công nghệ tách chiết dầu từ cám gạo cần lựa chọn nguyên liệu, xác định các thông số kỹ thuật công nghệ thích hợp. Nghiên cứu này đã thực hiện tách chiết dầu từ loại cám thường gặp là cám gạo nở. Việc tách chiết dầu được thực hiện nhờ phương pháp ngâm và trích ly bằng thiết bị sohxlet. Kết quả đã thu được dầu với tỷ lệ thu nhận khá cao, chỉ số acid, chỉ số xà phòng, chỉ số iod ở trong khoảng cho phép của tiêu chuẩn dầu thô dùng trong công nghiệp tinh chế dầu ăn. Đã xác định những thông số kỹ thuật chính của quá trình tách chiết là hàm lượng ẩm của nguyên liệu, thời gian ngâm, thời gian trích ly và nhiệt độ trích ly. Từ khoá: dầu cám gạo ABSTRACT To establish a rice bran’s oil extraction process, it is necessary to select the good raw materials and to measure the correct technical parameters. The rice bran’s oil was extracted from blooming rice bran. The method of soaking and solvent extraction with Sohxlet were used to extract the oil from blooming rice bran. The results of this study show a high extraction rate and the allowed ranges of acid value, saponifi cation value, and iodine value. The main parameters of the extraction process like moisture content of raw materials, soaking time, extraction time and extraction temperature were identifi ed in this study. Keyword: Rice bran oil 1 TS. Vũ Duy Đô: Khoa Công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC I. ĐẶT VẤN ĐỀ Cám gạo là phụ phẩm quan trọng thu được từ lúa khi xay xát. Cám chiếm tỷ lệ khoảng 10% so với khối lượng lúa. Trong cám có nhiều protein, vitamin và chất béo. Hàm lượng protein trong cám gạo từ 12% đến 20%, hàm lượng chất béo từ 16% đến 22%. Cám được sử dụng chủ yếu là làm thức ăn chăn nuôi. Khi tách chiết chất béo trong cám để dùng vào những mục đích khác, giá trị của nó sẽ tăng lên rất nhiều. Dầu cám gạo thô chứa rất nhiều chất dinh dưỡng quí. Thành phần chủ yếu của dầu cám gạo thô là tryglyceride. Trong đó, acid béo không bão hòa chủ yếu là oleic và linoleic chiếm hơn 70% tổng acid béo. Ngoài ra còn có những chất có tác dụng chống oxi hóa rất tốt như: tocopherol, tocotriencol, gamma oryzanol, phytosterol, polyphenol. Đặc biệt là gamma oryzanol trong dầu cám gạo còn là chất có khả năng giúp đào thải cholesterol xấu, phòng chống xơ vữa động mạch, làm chậm quá trình lão hóa. Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu tách chiết dầu cám gạo và ứng dụng vào sản xuất các mặt hàng thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm. Trong lĩnh vực thực phẩm dầu cám gạo thể hiện ưu điểm lớn là có điểm sôi cao, khả năng chịu nhiệt tốt. Khi gia nhiệt ở nhiệt độ cao ít tạo ra các chất polymer, hạn chế những biến đổi xấu của protein. Trong lĩnh vực mỹ phẩm và dược phẩm dầu cám gạo được dùng trong các thuốc trị mụn, da nhờn, bị mẩn ngứa, thuốc ngừa và trị bệnh thiếu vitamin, bệnh tim mạch, thoái hóa điểm vàng. Nguyên liệu cám gạo rất đa dạng về chủng loại. Mỗi loại nguyên liệu đòi hỏi các thông số Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 29 kỹ thuật tách chiết khác nhau. Nghiên cứu tìm phương pháp tách chiết dầu từ những loại nguyên liệu cám gạo khác nhau là rất cần thiết. Kết quả nghiên cứu này là cơ sở quan trọng cho việc xây dựng qui trình sản xuất dầu cám gạo trong thực tế. Dự kiến sản phẩm thu được là dầu cám thô dùng trong lĩnh vực thực phẩm. II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nguyên liệu được sử dụng để tách dầu trong nghiên cứu này là cám gạo nở. Cám được lấy từ nhà máy xay xát gạo với phương pháp lấy mẫu đại diện ngẫu nhiên. Cám nguyên liệu có màu sáng đều, mùi đặc trưng, không bị nấm mốc, sâu mọt, vón cục. Các mẫu nguyên liệu được sàng bỏ tạp chất, bao gói cách ẩm và bảo quản ở nhiệt độ -18oC trong thời gian không quá 10 ngày. Thực hiện tách chiết dầu từ cám bằng phương pháp ngâm và trích ly bằng thiết bị sohxlet. Quá trình được thực hiện theo sơ đồ ở hình 1. Hình 1. Sơ đồ qui trình tách chiết dầu cám gạo Trong sơ đồ trên, cám nguyên liệu được sàng bỏ tạp chất, sấy đến độ ẩm theo yêu cầu, ngâm trong dung môi hexane lỏng ở điều kiện áp suất và nhiệt độ thường nhằm làm cho một phần dầu trong nguyên liệu khuếch tán vào dung môi. Nhờ đó, giảm được thời gian trích ly. Sau khi ngâm, dầu trong hỗn hợp được trích ly bằng thiết bị sohxlet. Quá trình trích ly thực hiện ở 70oC. Sau khi trích ly, dầu cùng dung môi được để lắng trong 1 giờ và lọc bỏ cặn. Sau đó, chưng cất đuổi dung môi để thu dầu thô. Trong quá trình tách chiết dầu cám gạo, những thông số kỹ thuật chính được chọn để nghiên cứu là hàm lượng ẩm của nguyên liệu, thời gian ngâm dung môi hexane, thời gian trích ly dầu. Dầu thu được từ các mẫu thí nghiệm đem xác định khối lượng. Từ khối lượng dầu và khối lượng mẫu tính được tỷ lệ dầu thu nhận. Dựa vào tỷ lệ dầu thu nhận chọn giá trị thích hợp cho các thông số kỹ thuật của quá trình tách chiết. Tỷ lệ dầu thu nhận là tỷ lệ khối lượng dầu thô thu được trên khối lượng mẫu. Tỷ lệ dầu thu nhận được tính theo công thức: g: Tỷ lệ dầu thu nhận (%) GD: Khối lượng dầu thu được (g) G: Khối lượng mẫu (g) Các thí nghiệm xác định hàm lượng ẩm thích hợp của nguyên liệu khi chiết dầu được thực hiện theo sơ đồ ở hình 2. Trong đó, các mẫu nguyên liệu có hàm lượng ẩm khác nhau được ngâm ngập trong dung môi với thời gian 1,5 giờ. Sau khi ngâm, thực hiện trích ly dầu ở 70oC, trong thời gian 60 phút, lắng, lọc, đuổi dung môi và xác định tỷ lệ dầu thu nhận. Dựa vào tỷ lệ dầu thu nhận chọn hàm lượng ẩm thích hợp của nguyên liệu khi chiết. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2013 30 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Các thí nghiệm xác định thời gian ngâm dung môi được thực hiện như sau: tiến hành ngâm cám ngập trong dung môi hexane ở nhiệt độ thường, các mẫu có thời gian ngâm dung môi thay đổi từ 0,5 đến 2,5 giờ, bước nhảy là 0,5 giờ. Sau đó đem lọc lấy dịch chiết, sấy dịch ở 70oC cho bay hơi hết dung môi, cân lượng dầu thu được rồi tính tỷ lệ dầu thu nhận. Dựa vào đây chọn thời gian ngâm dung môi thích hợp. Các thí nghiệm xác định thời gian trích ly dầu được thực hiện tương tự như các thí nghiệm xác định hàm lượng ẩm của nguyên liệu khi chiết dầu. Trong đó, các thông số đã biết được cố định, thời gian trích ly dầu được thay đổi từ 70 đến 110 phút, bước nhảy là 10 phút. Hàm lượng ẩm của nguyên liệu được xác định bằng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi, còn hàm lượng tro được xác định bằng phương pháp đốt. Hình 2. Sơ đồ thí nghiệm xác định hàm lượng ẩm của nguyên liệu cám khi chiết dầu Tiến hành chiết dầu từ cám theo thông số kỹ thuật thích hợp đã chọn ở trên. Sản phẩm thu được đem xác định các chỉ tiêu: tỷ lệ thu nhận dầu, chỉ số acid (theo TCVN6122:2007), chỉ số xà phòng (theo TCVN6126:1996) và chỉ số iod (theo TCVN6122:2007). Mỗi thí nghiệm được thực hiện 3 lần. Kết quả thí nghiệm là giá trị trung bình của các lần thí nghiệm. Các số liệu thí nghiệm được xử lý bằng phần mềm MS Excel. III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 1. Kết quả xác định hàm lượng ẩm và tro của nguyên liệu ban đầu Dùng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi và phương pháp đốt chúng tôi đã xác định được hàm lượng ẩm và tro của cám khi mới thu nhận. Kết quả thu được hàm lượng ẩm trung bình của cám là 13,1 % còn hàm lượng tro trung bình là 2,3%. 2. Kết quả xác định hàm lượng ẩm thích hợp của nguyên liệu khi chiết dầu Để tìm hiểu ảnh hưởng của hàm lượng ẩm của cám nguyên liệu đến khả năng trích ly dầu chúng tôi thực hiện thí nghiệm theo sơ đồ ở hình 2. Kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên hình 3. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 31 Kết quả thí nghiệm ở hình 3 cho thấy trong cùng thời gian chiết, khi giảm hàm lượng ẩm của nguyên liệu, tỷ lệ dầu chiết được tăng lên. Đó là do sự có mặt của nước trong nguyên liệu cản trở dung môi ngấm vào để hòa tan dầu. Ở khoảng hàm lượng ẩm 5- 13 % sự biến đổi tỷ lệ dầu thu nhận phụ thuộc nhiều vào hàm lượng ẩm của nguyên liệu. Khi hàm lượng ẩm của nguyên liệu giảm xuống dưới mức 5% tỷ lệ dầu thu nhận tăng không đáng kể theo sự giảm hàm lượng ẩm của nguyên liệu. Vì vậy, chọn hàm lượng ẩm của nguyên liệu thích hợp là 5%. Hình 3. Ảnh hưởng của hàm lượng ẩm của nguyên liệu đến tỷ lệ dầu thu nhận 3. Kết quả xác định thời gian ngâm nguyên liệu Quá trình tách chiết dầu được thực hiện trong 2 công đoạn là ngâm nguyên liệu trong dung môi và trích ly dầu ở nhiệt độ sôi của dung môi. Thí nghiệm xác định thời gian ngâm được thực hiện theo giải thích ở mục II. Tỷ lệ dầu thu nhận từ các mẫu được thể hiện ở hình 4. Hình 4. Ảnh hưởng của thời gian ngâm nguyên liệu đến tỷ lệ dầu thu nhận Kết quả thí nghiệm ở hình 4 cho thấy trong cùng điều kiện thí nghiệm, khi thời gian ngâm tăng thì tỷ lệ dầu thu nhận tăng. Tuy nhiên, sự tăng tỷ lệ dầu thu nhận chủ yếu là ở khoảng thời gian nhỏ hơn 2 giờ, còn với thời gian ngâm lớn hơn 2 giờ tỷ lệ dầu thu nhận tăng theo thời gian không đáng kể. Do đó, chọn thời gian ngâm thích hợp là 2 giờ. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2013 32 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG 4. Kết quả xác định thời gian trích ly dầu Việc ngâm nguyên liệu trong dung môi chỉ tách được một phần dầu. Vì trong điều kiện nhiệt độ bình thường khả năng khuếch tán của dung môi và dầu bị hạn chế. Khi nâng nhiệt độ lên và cho dòng dung môi chuyển động qua khối nguyên liệu sẽ làm tăng khả năng ngấm dung môi vào nguyên liệu và khuếch tán dầu, nhờ đó tăng tỷ lệ dầu thu được. Tuy nhiên ở nhiệt độ cao dầu dễ bị biến đổi chất lượng. Vì vậy, chúng tôi sử dụng phương pháp kết hợp ngâm ở nhiệt độ thường với trích ly ở nhiệt độ sôi của dung môi. Để hạn chế sự bay hơi dung môi ra môi trường, cả 2 quá trình được thực hiện trong thiết bị sohxlet kín. Giai đoạn đầu cám được ngâm ngập trong dung môi với thời gian 2 giờ. Giai đoạn sau nâng nhiệt độ lên 70oC cho dung môi bay hơi và chuyển động tuần hoàn trong thiết bị. Để thấy rõ tác dụng của việc ngâm nguyên liệu trong dung môi, tiến hành các thí nghiệm đối chứng (các mẫu không ngâm). Sự phụ thuộc của tỷ lệ dầu thu nhận vào thời gian trích ly được thể hiện ở hình 5. Hình 5. Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến tỷ lệ dầu thu nhận Kết quả thí nghiệm ở hình 5 cho thấy trong cùng điều kiện thí nghiệm, tỷ lệ dầu thu nhận của mẫu ngâm dung môi luôn cao hơn của các mẫu đối chứng. Đồng thời, khi thời gian trích ly tăng thì tỷ lệ dầu thu nhận tăng. Tuy nhiên, sự tăng tỷ lệ dầu thu nhận chủ yếu là ở khoảng thời gian nhỏ hơn 90 phút, còn với thời gian trích ly lớn hơn 90 phút tỷ lệ dầu thu nhận tăng theo thời gian không đáng kể. Do đó, chọn phương án công nghệ là ngâm nguyên liệu trong dung môi trước rồi mới tiến hành trích ly và thời gian trích ly thích hợp là 90 phút. 5. Đề xuất qui trình chiết dầu cám gạo thô Từ kết quả nghiên cứu trên chúng tôi đề xuất qui trình chiết dầu cám gạo thô theo sơ đồ sau: Cám gạo → Sàng, sấy → Ngâm → Trích ly → Lắng, lọc → Chưng cất → Dầu cám gạo Trong sơ đồ qui trình này nguyên liệu cám được sấy đến hàm lượng ẩm 5%, ngâm dung môi trong 2 giờ, trích ly tuần hoàn trong 90 phút, lắng, lọc sạch tạp chất rồi chưng đuổi hết dung môi. Dầu thu được có màu vàng nhạt, mùi thơm đặc trưng. Một số chỉ số hóa học của dầu được thể hiện trên bảng 1. Bảng 1. Một số chỉ số hóa học của dầu cám gạo thô Chỉ tiêu Kết quả thí nghiệm Tiêu chuẩn các loại dầu thô của công ty Dầu ăn Nam Thịnh và công ty Dầu ăn Tân Bình Chỉ số acid (mg KOH/g dầu) 3,7 3-5 Chỉ số xà phòng (mg KOH/g dầu) 192 185-260 Chỉ số iod (g I2/100g dầu) 120 80-140 Số liệu ở bảng 1 cho thấy dầu cám gạo thô thu được trong thí nghiệm đạt được các chỉ tiêu chất lượng cơ bản của dầu thô dùng trong công nghiệp tinh chế dầu ăn hiện đang được các công ty Dầu ăn Nam Thịnh và công ty Dầu ăn Tân Bình áp dụng. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 33 IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Dầu thô thu được trong thí nghiệm trên chỉ là bán thành phẩm trong qui trình sản xuất dầu ăn. Để có được sản phẩm dầu ăn thực phẩm phải thực hiện các công đoạn tinh chế rất phức tạp. Do điều kiện thí nghiệm không thể thực hiện tinh chế dầu nên nghiên cứu chỉ dừng ở việc tách dầu thô. Tuy vậy, kết quả nghiên cứu cũng bước đầu mở ra hướng đi, tạo điều kiện thuận lợi cho những nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực chế biến các sản phẩm từ phụ phẩm của ngành sản xuất ngũ cốc. Trên đây là một số thông số kỹ thuật quan trọng của qui trình sản xuất dầu thô từ cám gạo. Để thu được các sản phẩm có giá trị cao cần nghiên cứu phương pháp tinh sạch và tách chiết các thành phần có hoạt tính sinh học cao trong dầu thô. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Thanh Trúc, 2005. Công nghệ chế biến dầu thực phẩm. Trường Đại học Cần Thơ 2. Lê Thị Tưởng, 2011. Công nghệ sản xuất dầu mỡ thực phẩm. Trường Đại học Nha Trang 3. Richard D. O Brien, 2004. Fats and oils, CRC press LLC 4.