Nếu bạn đã từng quan sát dầu chảy ra từ máy ép trục vít - có màu sẫm, đục, có mùi nồng nặc của hạt thì nó đến từ - thì bạn sẽ không bao giờ đoán được đó chính là chất tạo ra chai có vị-trong suốt, trung tính trên kệ siêu thị. Sự chuyển đổi đó là công việc lọc dầu, một quy trình gồm nhiều{4}}giai đoạn loại bỏ các tạp chất có tự nhiên trong dầu thực vật thô trong khi vẫn bảo quản chất béo trung tính làm cho dầu có giá trị. Đó không chỉ là làm cho dầu trông sạch sẽ mà mỗi bước đều nhắm đến các hợp chất cụ thể ảnh hưởng đến hương vị, độ ổn định, thời hạn sử dụng và thậm chí cả sự an toàn.
Dầu thô thực sự chứa gì
Dầu thô - dầu trực tiếp từ quá trình ép hoặc chiết bằng dung môi, trước bất kỳ quá trình tinh chế nào - chủ yếu chứa chất béo trung tính (dầu trung tính mà chúng ta muốn), nhưng nó cũng mang theo một hỗn hợp các hợp chất không mong muốn. Phospholipid (gôm) làm cho dầu bị vẩn đục và tạo bọt khi đun nóng. Axit béo tự do (FFA) làm cho dầu có vị ôi, gắt và giảm điểm bốc khói. Các sắc tố như chất diệp lục và carotenoids làm cho dầu có màu sẫm và có thể thúc đẩy quá trình oxy hóa. Các kim loại vết, thuốc trừ sâu và chất gây ô nhiễm môi trường cũng có thể hiện diện, tùy thuộc vào chất lượng hạt giống và phương pháp chiết xuất. Và các hợp chất dễ bay hơi - aldehyd, xeton và các sản phẩm oxy hóa - là nguyên nhân khiến dầu thô có mùi nồng và thường khó chịu.
Mục tiêu của việc tinh chế là loại bỏ các tạp chất này với lượng dầu trung tính bị mất ít nhất có thể. Một nhà máy lọc dầu-hoạt động tốt có thể mất 3–8% trọng lượng dầu thô dưới dạng sản phẩm phụ và tổn thất trong quá trình, tùy thuộc vào chất lượng dầu và phương pháp tinh chế. Hoạt động vận hành kém có thể thua lỗ nhiều hơn đáng kể, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến lợi nhuận.
Bước một: Khử keo
Khử keo là bước tinh chế đầu tiên và công việc của bước này là loại bỏ phospholipid - các hợp chất keo làm cho dầu thô bị đục và không ổn định. Phospholipid có giá trị riêng (chúng là nguồn cung cấp lecithin thương mại), nhưng khi để trong dầu, chúng gây ra các vấn đề: chúng tạo bọt khi chiên, phân hủy ở nhiệt độ cao và cản trở các bước tinh chế tiếp theo.
Phương pháp phổ biến nhất là khử keo bằng nước: nước nóng (khoảng 80–85 độ ) được trộn với dầu thô, làm cho phospholipid hydrat hóa - chúng hấp thụ nước, trương nở và trở nên không hòa tan trong dầu. Nướu ngậm nước tạo thành một pha nặng riêng biệt được loại bỏ bằng cách ly tâm. Phần gôm tách ra có thể được sấy khô và bán dưới dạng lecithin thô, được sử dụng trong thức ăn chăn nuôi hoặc được chế biến thêm thành lecithin cấp thực phẩm.
Đối với các loại dầu có hàm lượng phospholipid không-hydrat hóa cao (không phản ứng với nước), phương pháp khử keo sẽ được sử dụng. Một lượng nhỏ axit photphoric hoặc axit xitric được thêm vào trước nước, chuyển hóa phospholipid không{2}}có thể ngậm nước thành dạng có thể ngậm nước, sau đó có thể loại bỏ bằng nước và ly tâm. Khử keo bằng enzyme, một phương pháp mới hơn, sử dụng enzyme phospholipase để phá vỡ cấu trúc phospholipid, đạt được mức phốt pho còn sót lại thấp hơn và ít thất thoát dầu hơn. Các hệ thống khử keo liên tục hiện đại có thể loại bỏ hơn 95% lượng phospholipid, đảm bảo dầu vẫn trong ngay cả khi để trong tủ lạnh.
Bước hai: Khử axit (Trung hòa)
Quá trình khử axit sẽ loại bỏ các axit béo tự do, nguyên nhân chính gây ra mùi ôi và giảm thời hạn sử dụng. Có hai cách tiếp cận cơ bản khác nhau: tinh chế hóa học và tinh chế vật lý.
Tinh chế hóa học (còn gọi là tinh chế kiềm hoặc trung hòa) là phương pháp truyền thống. Một dung dịch natri hydroxit loãng (xút ăn da) được trộn với dầu đã khử keo. NaOH phản ứng với các axit béo tự do tạo thành xà phòng (muối natri của axit béo), không tan trong dầu và tách ra thành pha nặng gọi là xà phòng. Chất xà phòng được loại bỏ bằng cách ly tâm, sau đó dầu được rửa bằng nước nóng để loại bỏ xà phòng còn sót lại, sau đó sấy khô trong chân không. Tinh chế bằng hóa chất có hiệu quả đối với bất kỳ mức FFA nào và tạo ra dầu rất sạch, nhưng nó có nhược điểm: chất chứa xà phòng mang theo 1–3% dầu trung tính (tổn thất kinh tế) và quá trình này tạo ra nước thải cần phải xử lý.
Tinh chế vật lý (còn gọi là tinh chế bằng hơi nước hoặc khử axit bằng chưng cất) là phương pháp hiện đại hơn và đã trở thành phương pháp chủ đạo đối với hầu hết các loại dầu thực vật. Thay vì phản ứng hóa học với FFA, quá trình tinh chế vật lý sẽ loại bỏ chúng bằng cách chưng cất: dầu được làm nóng đến 240–260 độ trong chân không sâu (thường dưới 3 mbar, hoặc 600 Pa) và hơi nước trực tiếp được phun qua nó. Các axit béo tự do có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiều so với chất béo trung tính nên chúng bay hơi và bị hơi nước cuốn đi, sau đó cô đặc và thu thập dưới dạng sản phẩm phụ gọi là sản phẩm chưng cất axit béo (có thể bán để sử dụng trong sản xuất xà phòng, thức ăn chăn nuôi hoặc dầu diesel sinh học). Tinh chế vật lý kết hợp khử axit với khử mùi trong một bước duy nhất, không sử dụng hóa chất, không tạo ra xà phòng hoặc nước thải và mất ít dầu trung tính hơn. Hạn chế chính là nó hoạt động tốt nhất đối với các loại dầu có hàm lượng FFA thấp đến trung bình (dưới 3–5%) và trước tiên cần phải khử keo rất hiệu quả, vì phospholipid còn sót lại sẽ phân hủy và làm sẫm màu dầu ở nhiệt độ cao được sử dụng.
Sự lựa chọn giữa tinh chế hóa học và vật lý phụ thuộc vào loại dầu, mức FFA và sản phẩm mong muốn. Dầu cọ, dầu hạt cọ, dầu dừa và hầu hết các loại dầu-FFA có hàm lượng FFA cao thường được tinh chế về mặt vật lý. Dầu đậu nành, dầu hạt cải và dầu hướng dương có thể được sử dụng theo cả hai cách, mặc dù quá trình tinh chế vật lý ngày càng được ưa chuộng. Dầu hạt bông và một số loại dầu đặc biệt vẫn có thể sử dụng phương pháp tinh chế hóa học do đặc tính tạp chất.
Bước ba: Tẩy trắng
Quá trình tẩy trắng loại bỏ các sắc tố - chủ yếu là chất diệp lục (xanh lá cây) và carotenoids (vàng, cam, đỏ) - cùng với xà phòng còn sót lại, phospholipid, sản phẩm oxy hóa và các chất gây ô nhiễm. Mặc dù tên như vậy nhưng nó không phải là một quá trình tẩy trắng bằng hóa chất; đó là một quá trình hấp phụ sử dụng đất tẩy trắng (đất sét hoạt tính) và đôi khi là than hoạt tính.
Quá trình này rất đơn giản: dầu đã khử keo và khử axit được đun nóng đến 90–110 độ trong chân không (thường là khoảng 50 mbar) và 0,5–2% đất tẩy trắng được trộn vào. Đất sét hoạt tính có diện tích bề mặt rất lớn và hấp thụ các phân tử sắc tố, xà phòng còn sót lại và các tạp chất phân cực khác trên bề mặt của nó. Sau thời gian tiếp xúc từ 15–30 phút, hỗn hợp dầu-đất được lọc qua các bộ lọc lá áp lực hoặc máy ép lọc, loại bỏ đất tẩy đã qua sử dụng và để lại một loại dầu{10}trong, sáng màu. Than hoạt tính có thể được thêm vào ở mức 0,1–0,5% đối với các loại dầu có sắc tố nặng hoặc để loại bỏ hydrocarbon thơm đa vòng (PAH) và các chất gây ô nhiễm vi lượng khác.
Chân không rất quan trọng vì nó ngăn chặn quá trình oxy hóa dầu ở nhiệt độ cao khi - oxy trong không khí sử dụng sẽ phản ứng với dầu nóng và tạo ra-các sản phẩm oxy hóa có mùi vị. Đất tẩy đã qua sử dụng, chứa 20–40% dầu bị cuốn theo, là sản phẩm phụ đôi khi được sử dụng trong thức ăn chăn nuôi, làm gạch hoặc chôn lấp, mặc dù hàm lượng dầu khiến nó có nguy cơ hỏa hoạn nếu không được xử lý đúng cách.
Bước 4: Khử mùi
Khử mùi là bước tinh chế quan trọng cuối cùng và nó mang lại cho dầu tinh chế hương vị và mùi trung tính. Mục tiêu là loại bỏ các hợp chất dễ bay hơi - axit béo tự do (trong quá trình tinh chế vật lý), aldehyd, xeton, rượu và các hợp chất hoạt tính có mùi- và hương vị- khác - cùng với mọi loại thuốc trừ sâu còn sót lại và hydrocacbon thơm đa vòng nhẹ.
Khử mùi thực chất là quá trình chưng cất hơi nước được thực hiện ở nhiệt độ cao và chân không sâu. Dầu được làm nóng đến 180–220 độ để khử mùi thông thường (sau quá trình tinh chế hóa học) hoặc 240–260 độ để tinh chế vật lý (trong đó quá trình khử axit và khử mùi xảy ra cùng nhau). Áp suất được giữ ở mức 2–6 mbar (rất thấp, gần{8}}chân không) và hơi nước trực tiếp được phun qua dầu. Hơi nước loại bỏ các hợp chất dễ bay hơi, sau đó được ngưng tụ và thu gom. Thời gian lưu lại thường là 30–90 phút, tùy thuộc vào loại dầu và mức độ khử mùi mong muốn.
Nhiệt độ cao là cần thiết vì các hợp chất dễ bay hơi có áp suất bay hơi thấp và cần nhiệt để bay hơi, nhưng đó cũng là phần nhạy cảm nhất của quá trình. Quá nhiều nhiệt hoặc thời gian lưu quá lâu có thể gây ra sự phân hủy nhiệt của dầu -, hình thành axit béo chuyển hóa, đảo màu và mất chất chống oxy hóa tự nhiên như tocopherol. Các chất khử mùi hiện đại được thiết kế để giảm thiểu tiếp xúc với nhiệt bằng cách sử dụng lớp đệm có cấu trúc (giúp tăng hiệu suất tiếp xúc với hơi nước-dầu) và thời gian lưu trú ngắn hơn ở nhiệt độ cao nhất. Sau khi khử mùi, dầu được làm lạnh nhanh chóng trong chân không và một lượng nhỏ axit xitric (50–200 ppm) thường được thêm vào làm chất chelat để liên kết các kim loại vi lượng và cải thiện độ ổn định oxy hóa.
Bước tùy chọn: Dewaxing (Winterization)
Một số loại dầu - dầu hướng dương, dầu ngô, dầu cám gạo và một số loại dầu hạt nho và hạt bông - có chứa este sáp rắn ở nhiệt độ phòng. Nếu để trong dầu, những loại sáp này sẽ gây đục khi dầu được làm lạnh (ví dụ như trong tủ lạnh) và có thể lắng xuống dưới dạng cặn ở đáy chai. Đối với các loại dầu được bán dưới dạng sản phẩm trong suốt,{4}}có thể dùng được, cần phải thực hiện bước tẩy sáp.
Dewaxing (còn gọi là đông hóa) là một quá trình kết tinh và lọc đơn giản. Dầu đã tẩy trắng hoặc tinh chế hoàn toàn được làm nguội từ từ đến 5–15 độ (tùy thuộc vào loại dầu) và giữ ở nhiệt độ đó trong vài giờ, cho phép este sáp kết tinh thành các hạt rắn. Sau đó, dầu được lọc qua máy ép lọc hoặc màng lọc, loại bỏ các tinh thể sáp và để lại loại dầu trong suốt vẫn trong suốt ngay cả ở nhiệt độ lạnh. Sáp đã lọc là một sản phẩm phụ nhỏ, đôi khi được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp hoặc thức ăn chăn nuôi.
Sản phẩm phụ và năng suất
Tinh chế không chỉ là loại bỏ tạp chất - mà còn tạo ra các sản phẩm phụ có giá trị góp phần mang lại tính kinh tế của quy trình. Từ quá trình khử keo, phần gôm tách ra có thể được chế biến thành lecithin, một chất nhũ hóa thực phẩm được sử dụng rộng rãi hoặc được bán làm thức ăn chăn nuôi. Từ quá trình tinh chế hóa học, xà phòng có thể được axit hóa để thu hồi axit béo tự do để sử dụng trong xà phòng, dầu diesel sinh học hoặc thức ăn chăn nuôi. Từ quá trình tinh chế vật lý, sản phẩm chưng cất axit béo là sản phẩm có thể bán được và được sử dụng trong các ứng dụng tương tự. Từ quá trình tẩy trắng, đất đã qua sử dụng có giá trị hạn chế nhưng đôi khi có thể được xử lý để thu hồi dầu bị cuốn theo.
Hiệu suất tinh chế tổng thể - phần trăm dầu thô cuối cùng trở thành dầu ăn đã tinh chế - thường dao động từ 92% đến 97%, tùy thuộc vào chất lượng dầu thô (hàm lượng FFA, mức phốt pho, lượng tạp chất) và phương pháp tinh chế. Dầu thô chất lượng cao-có FFA thấp và khả năng khử keo tốt có thể mang lại hiệu suất trên 97%; dầu thô có chất lượng-kém với FFA cao và mức tạp chất cao có thể mang lại hiệu suất chỉ tới 90%. Đối với một nhà máy lọc dầu xử lý hàng nghìn tấn mỗi tháng, ngay cả chênh lệch năng suất 1% cũng có thể chuyển thành doanh thu đáng kể, đó là lý do tại sao việc tối ưu hóa và kiểm soát quy trình được thực hiện rất nghiêm túc.
Phần kết luận
Quá trình tinh chế dầu ăn biến đổi dầu thô, sẫm màu, có hương vị đậm đà thành sản phẩm trong, trung tính, ổn định mà người tiêu dùng mong đợi, thông qua một chuỗi các quy trình vật lý và hóa học được kiểm soát cẩn thận. Khử keo loại bỏ phospholipid bằng nước, axit hoặc enzyme. Quá trình khử axit loại bỏ axit béo tự do bằng phản ứng hóa học với xút (tinh chế hóa học, sản xuất xà phòng) hoặc bằng cách chưng cất hơi nước chân không ở nhiệt độ cao- (tinh chế vật lý, sản xuất sản phẩm chưng cất axit béo). Tẩy trắng sử dụng đất sét hoạt tính và than để hấp thụ các chất màu và tạp chất còn sót lại. Quá trình khử mùi sử dụng hơi nước ở nhiệt độ-cao trong chân không sâu để loại bỏ các hợp chất mùi và hương vị dễ bay hơi, tạo ra loại dầu có vị-trung tính cuối cùng. Việc tẩy sáp tùy chọn sẽ loại bỏ este sáp đối với các loại dầu cần giữ sạch ở nhiệt độ thấp.
Xu hướng trong ngành là tinh chế vật lý - ít hóa chất hơn, ít chất thải hơn, năng suất cao hơn và kết hợp khử axit-khử mùi trong một bước duy nhất - nhưng tinh chế hóa học vẫn có chỗ đứng đối với một số loại dầu nhất định và dầu thô có hàm lượng FFA-cao. Điều không thay đổi là nguyên tắc cốt lõi: loại bỏ các tạp chất làm cho dầu không ổn định, có-có hương vị hoặc không an toàn, đồng thời bảo quản chất béo trung tính khiến dầu trở thành một thành phần thực phẩm có giá trị.
