Trong phôi lúa mì có khoảng 8 12% w/w dầu

Việt Nam và các nước Đông Nam Á lương thực chủ yếu là gạo do sự phát triển kinh tế, và giao lưu của các quốc gia mà lúa mì dần dần đã du nhập vào các nước Đông Nam Á trong đó có Việt Nam cũng có số lượng nhập khẩu lúa mì khá lớn. Do đó, lượng phôi lúa mì thải ra sau quá trình xay xát là khá lớn, nhưng phôi lúa mì chưa được quan tâm và khai thác hiệu quả để làm tăng giá trị của sản phẩm.

Trong phôi lúa mì có khoảng 8 – 12% w/w dầu. Dầu phôi lúa mì có giá trị cao, nó chứa hàm lượng vitamin E, A, D3 cao, ngoài ra có khoảng 80% các axit không no trong tổng hàm lượng các axit béo trong dầu mang hoạt tính sinh học như: oleic, linoleic, palmitic…Các hợp chất này có chức năng ngăn ngừa lão hóa, stress, chống oxi hóa tế bào, sáng mắt. Chính vì vậy vitamin E, A, và các acid béo này thường được bổ sung vào chế phẩm dược, mỹ phẩm, thực phẩm.

Để có thể lấy được các hợp chất này trong phôi lúa mì, nhiều nghiên cứu đã tiến hành trích dầu từ phôi lúa mì. Tuy nhiên, do dầu phôi lúa mì chứa nhiều acid béo không no và các hợp chất dễ bị oxy hóa làm giảm chất lượng dầu khi thực hiện quá trình chế biến, nên dầu phôi lúa mì chưa được sử dụng trong quá trình chế biến thực phẩm. (S. Trentin và cộng sự, 2011) nghiên cứu bổ sung β – carotene tạo thành hệ nhũ tương dầu trong nước bằng kỹ thuật đồng hóa membrane để giữ được hoạt tính sinh hoạt của β – carotene. Sản phẩm nhũ tương không những giải quyết được nhược điểm của dầu phôi lúa mì không chịu được nhiệt độ cao trong quá trình chế biến, mà còn bổ sung được các vitamin E, A, D tan trong dầu và các acid béo không no rất cần cho cơ thể.

Như vậy, dầu phôi lúa mì cho thấy một tiềm năng rất lớn trong ngành dầu thế giới, cung cấp cho người tiêu dùng một loại dầu có chất lượng tốt có giá trị dinh dưỡng và chứa nhiếu hợp chất có hoạt tính sinh học cao hơn các loại dầu khác trên thị trường. Việt Nam là nước đang phát triển về ngành công nghệ nước giải khát mở ra một tiềm năng lớn ứng dụng dầu phôi lúa mì bổ sung trong các loại nước uống vừa mang tính chất giải khát vừa cung cấp các hợp chất cần thiết cho cơ thể. Do đó, việc đầu tư và nghiên cứu quá trình đồng hóa dầu phôi lúa mì tạo thành hệ nhũ tương dầu trong nước là rất cần thiết đáp ứng nhu cầu của xã hội phát triển và đa dạng về khẩu vị như ngày nay.

1.2. Mục đích nghiên cứu

Nhằm để góp phần ứng dụng đồng hóa bằng kỹ thuật membrane thay thế các phương pháp đồng hóa khác phù hợp với các sản phẩm đặc thù dễ bị biến tính bởi áp suất cao và nhiệt độ cao.

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đồng hóa bằng membrane và đánh giá hiệu quả của quá trình đồng hóa.

- Khảo sát thông lượng qua membrane tránh hiện tượng nghẹt màng, và có hướng cải tiến.

Để đáp ứng được mục đích của đề tài, các nội dung nghiên cứu được thực hiện trong đề tài:

- Khảo sát ảnh hưởng của áp suất đến quá trình đồng hóa bằng áp lực cao và đồng hóa bằng membrane.

- Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ (v/v) dầu trong hệ nhũ đến quá trình đồng hóa bằng áp lực cao và đồng hóa bằng membrane.

- Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ (w/v) lexithin trong hệ nhũ đến quá trình đồng hóa áp lực cao và đồng hóa bằng membrane.


Chương 1: TỔNG QUAN

2. 
   Phôi lúa mì
   

Sự tiêu thụ lúa mì của thế giới ngày càng tăng, nhu cầu sử dụng thực phẩm tăng cao là nguyên nhân chính dẫn đến tổng tiêu thụ lúa mì tăng. Theo Cục Xúc Tiến Thương Mại thì tổng tiêu thụ lúa mì thế giới mùa vụ 2013 – 2014 được dự báo tăng ở mức 696,1 triệu tấn, cao hơn 1,4% so với mùa vụ năm 2012 – 2013. Tiêu thụ lúa mì thế giới trên đầu người sẽ ổn định ở mức 67kg/năm, trong đó chiếm tỷ lệ lớn ở các nước phát triển. Dự báo sản lượng tiêu thụ lúa mì toàn cầu mùa vụ 2014 – 2015 dự báo đạt tới 699 triệu tấn, tăng 1,6% so với năm trước.

Niên vụ 2009 – 2010, nước ta nhập khẩu 2,1 triệu tấn lúa mì các loại, trong đó 1,5 triệu tấn được xay xát và 0,6 triệu tấn được thải ra làm thức ăn gia súc.

Bột mì xay xát trong nước phần lớn là nhằm đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp thực phẩm và thức ăn chăn nuôi trong đó 40 – 45% được dùng để làm mì ăn liền, 30% được dùng làm bánh mì, khoảng 10% được sử dụng làm bánh quy và các loại bánh khác, 15 – 20% còn lại sử dụng sử dụng cho ngành công nghiệp thức ăn gia súc.

2. 
   Dầu phôi lúa mì
   

Acid béo	Hàm lượng (%)
C14 myristic	0,13  0,23
C15 pentadecanoic	0,16  0,45
C16 palmitic	17,42  0,18
C16:1 Palmitoleic	0,23  0,22
C18:1n -9t eliadic	0,85  0,11
C18:1n-9c­ cis oleic	16,14  0,16
C18:2n-6t trans linoleic	0,71  0,1
C18:2n-6c cis linoleic	55,05  0,15
C18:3n-3 linoleic	7,95  0,44
C21 heneicosylic	1,36  0,25
Tổng số bão hòa	19,07
Tổng số không bão hòa	80,93
∑MUFA	17,22
∑PUFA	63,71
n6/n3	6,92
Pufa/sfa	3,34
Sfa/pufa	0,3
Oleic/linoleic	0,29
S/U	0,24

Dầu phôi lúa mì thương thẩm được trích ly bằng dung môi n – hexane, thường chứa các axit béo tự do, các vitamin tan trong dầu E, A, D3 và các khoáng chất.

Trong đó axit béo không bão hòa như linoleic, oleic, palmitic chiếm khoảng 80% tổng các axit béo tự do có trong dầu,

Các sterol có nguồn gốc thực vật từ lâu được biết như tác nhân làm giảm hấp thu cholesterol do nó cạnh tranh với cholesterol trong việc tạo mixen vận chuyển qua thành ruột. Hầu hết các sterol thực vật hấp thụ kém. Nếu sử dụng 3 gam hợp chất sterol mỗi ngày trong chế độ dinh dưỡng sẽ làm giảm hấp thu cholesterol lên đến 50%.

Dầu phôi lúa mì là nguồn giàu α – tocopherol, β – tocotrienol có hàm lượng cao nhất trong hạt lúa mì khoảng 2680 – 3050 ppm [6]. Tocols bão hòa ba nhánh còn tocotrienol không bão hòa ba nhánh. R₁, R₂ và R­₃ được thay thế bằng gốc CH₃ là α – tocopherol và α – tocotrienol. Nếu R₁ được thay thế bằng H và R₂,R₃ thay thế bằng CH₃là β – tocopherol và β – tocotrienol.


Hình 1.2: Tocopherols trong dầu phôi lúa mì

1.2.2 Dược tính của dầu phôi lúa mì

1.2.2.1 Vitamin E trong dầu phôi lúa mì

Vitamin E trong dầu phôi lúa mì là một chất chống oxy hóa. Vitamin E là vitamin tan trong dầu cấu trúc gồm một nhân chromanol và một dây phytyl cho chứa 16 cabon. Số lượng carbon và vị trí nhóm metyl trên nhân chromatol cho ra các loại tocopherol khác nhau. với nhóm hydroxyl có thể cung cấp nguyên tử hiđrô để khử các gốc tự do và nhóm R (phần còn lại của phân tử) kỵ nước để cho phép thâm nhập vào các màng sinh Phản ứng khử gốc tự do thể hiện ở hình 1.3. [7][8].

Dầu phôi lúa mì chứa hàm lượng axit béo không no cao linolenic (thuộc nhóm omega – 6) và các axit béo α – linolenic (thuộc nhóm omega – 3) được coi là rất cần thiết cho cơ thể [11]. Theo Ribarova et al [12], các axit béo không bão hòa phải chiếm 10% tổng năng lượng ăn vào cho một chế độ ăn uống. Hơn nữa, omega-3 có thể có thể hỗ trợ điều trị trầm cảm và tâm thần phân liệt [13], omega – 6 có khả năng làm giảm cholesterol trong máu. Một số nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng axit béo n – 3 có lợi ích cho việc giảm nguy cơ bệnh mạch vành. Nó cũng được đánh giá bằng tỷ lệ n3 / n6 tỷ lệ cao sẽ giảm đi 10 lần nguy cơ bệnh mạch vành gây tử vong [14].Dầu phôi lúa mì cũng có hàm lượng axit béo không bão hòa và không bão hòa đa rất cao và một n3 / n6 tỷ lệ axit béo (1/7) có tác dụng rất tốt ngăn ngừa nguy cơ bệnh mạch vành.

Hệ nhũ tương là những hệ phân tán của hai chất lỏng không trộn lẫn vào nhau mà một pha lỏng (pha phân tán) có mặt dưới dạng những hạt giọt nhỏ (0,1 - 10µm), còn chất lỏng kia dưới dạng pha liên tục.

Phần lớn hệ nhũ tương trong thực phẩm thuộc một trong hai kiểu:

• 
  Các giọt dầu trong nước: D/N (O/W) (dầu trong nước)
  
• 
  Các giọt nước trong dầu: N/D (W/O) (nước trong dầu).
  

Nếu tỷ lệ các thể tích pha (phần trăm thê tích) là nhỏ, thì pha ít nhất thường là pha phân tán. Nếu tỷ lệ thể tích gần bằng 1, thì có nhiều nhân tố khác sẽ xác định kiểu nhũ tương. Ta có thể đồng nhất kiểu nhũ tương, chẳng hạn bằng cách thêm nước vào trong một nhũ tương dầu trong nước: trong trường hợp này ta thấy một sự pha loãng nhũ tương đơn thuần. Ngược lại, nếu ta thêm dầu thì dầu sẽ tạo ra một pha tách biệt. Các nhũ tương có dạng kem, còn các nhũ tương N/D lại có dạng nhầy.

Các chất nhũ hóa hay chất làm bền nhũ tương là những chất hoạt động bề mặt và thường được đưa ngay vào lúc đầu điều chế nhũ tương. Chọn chất nhũ hóa thường làm như sau: tính HBL

HBL = 7 + _

Giá trị HBL của một chất hoạt động bề mặt giúp ta biết được nó sẽ dễ hòa tan trong dầu hay hòa tan trong nước, từ đó có thể sử dụng cho những kiểu nhũ tương phù hợp . Giá trị HBL thường dao động từ 1 – 20.

Nếu chất hoạt động bề mặt có HBL từ 3 – 6 thì chúng được sử dụng ổn định hệ nhũ tương nước trong dầu (w/o). Ngược lại nếu giá trị của HLB từ 8 – 18 thì chúng sẽ ổn định các hệ nhũ tương dầu trong nước (o/w).

Kỹ thuật đồng hóa hệ nhũ tương bao gồm các phương pháp phá vỡ, làm giảm kích thước những hạt thuộc pha phân tán và phân bố đều chúng trong pha liên tục. Việc tăng diện tích bề mặt tiếp xúc pha và sức căng bề mặt sẽ lám cho hệ nhũ tương ổn định hơn và tránh hiên tượng tách pha. Trong thực tế người thường sử dụng các chất nhũ hóa trong quá trình đồng hóa. Khi các hạt phân tán bị phá vỡ và giảm kích thước, chất nhũ hóa sẽ hấp phụ trên bề mặt tiếp xúc giữa hai pha, tạ nên một màng bảo vệ xung quanh các hạt phân tán giúp hệ nhữ tương được bền hơn.

Hệ nhũ tương rất phổ biến trong các sản phẩm hàng ngày như thực phẩm, hóa chất, mỹ phẩm và dược phẩm. Kích thước giọt là sự quan tâm hàng đầu của hệ nhũ vì nó quyết định tính đồng nhất, và ổn định cấu trúc tốt của sản phẩm. Vì vậy, Việc sản xuất và kiểm soát hệ nhũ tương với sự phân bố kích thước hạt đã thu hút sự quan tâm đáng kể trong ngành thực phẩm, dược phẩm và các ngành công nghiệp mỹ phẩm trong những năm gần đây. Các hệ thống đồng hóa đê tạo ra hệ nhũ tương được biết đến là:

+ Hệ thống rotor – stator.

+ Hệ thống áp suất cao.

+ Hệ thống sóng siêu âm.

Kỹ thuật nhũ hóa bằng membrane đầu tiên được đề xuất bởi Nakajima et al. [14]. Nhũ hóa được tiến hành với một màng kính đặc biệt gọi là Shirasu Porous Glass (SPG). Quá trình nhũ hóa bằng màng là quá trình tạo nhũ tương bằng cách tiêm một pha phân tán qua lớp màng để phân tán vào pha liên tục (mô hình cross – flow). Trường hợp thứ hai các hạt phân tán được đồng nhất trong pha liên tục trước khi qua màng (mô hình dead – end). Các phương pháp này thu hút nhiều sự chú ý do tính hiệu quả đồng hóa của nó với mức tiêu thụ năng lượng thấp. Tùy thuộc vào hệ nhũ tương (O/W) dầu trong nước hay (W/O) nước trong dầu mà lựa chọn màng ưa nước hay kỵ nước.

Trong quá trình phân tán qua màng: giọt được hình thành chủ yếu qua 3 quá trình (hình 1.7.): Đầu tiên giọt sẽ chui qua lỗ màng, sau đó tăng trưởng kích thước giọt cuối cùng hình thành giọt mới.

Các lực chủ yếu để hình thành giọt: từ bề mặt, tương ứng hình 1.5. Giọt chịu tác động của lực kéo, lực quán tính, áp lực thủy tĩnh khi các lực này mạnh hơn lực nằm giữ giữa hạt và lỗ màng thì giọt được hình thành tách ra khỏi bề mặt màng [17]



Hình 1.5: Sự hình thành giọt qua màng
2.3.2.2 Mô hình đồng hóa cross – flow

Mô hình này dựa trên quá trình thẩm thấu của pha phân tán qua màng xốp để tạo thành các hạt nhỏ liên tục được hình thành trong lỗ màng và tách ra bề mặt màng bởi ứng suất cắt của pha liên tục di chuyển phía đối diện bề mặt màng còn lại. Như hình 1.6. [15]

Hệ nhũ tương thô được khuấy trộn cơ học trước, sau đó đồng hóa đồng hóa theo mô hình dead – end giai đoạn này màng sẽ được làm ướt liên tục của hệ nhũ tương thô phân tán trong lỗ màng và hình thành các giọt trong pha phân tán nhỏ hơn [16]. Như hình 1.7.

Trong hệ thống đồng hóa bằng màng truyền thống, các hạt của pha phân tán được tiêm qua màng rồi phân tán vào pha liên tục, các hạt của pha phân tán chỉ hình thành bởi sức căng bề mặt [31] [32] [33] [34] , để hỗ trợ sự hình thành giọt của phân tán ngoài áp lực vận hành như hình 1.8, có thể dùng kết hợp bơm hay cánh khuấy để tăng quá trình chảy rối lôi cuốn các giọt ra khỏi bề mặt màng, ngoài ra còn có thể kết hợp còn có thể cải tiến bằng cách tăng diện tích màng, để tăng thêm giọt qua màng, có thể dùng màng tỏa tròn, xoắn ốc và sắp xếp hợp lý hướng trục để tác dụng lực ly tâm mạnh mẽ trên bề mặt màng.

Áp lực màng ∆P_tm được định nghĩa là sự khác biệt giữa áp suất của pha phân tán và áp suất của pha liên tục [17]

P_c,in: là áp suất của pha liên tục ở đầu vào của màng.

P_c,­_out: là áp suất của pha liên tục ở đầu ra của màng

∆P_tm: là chênh lệch áp suất để hình thành giọt qua màng.









R_m: trở lực của màng

J_i: thông lượng qua màng

d_i: đường kính lỗ màng

P_c là áp lực nhũ hóa tối thiểu cần thiết để các giọt phân tán đi qua phía bên kia của lỗ màng được tính bằng cách tính áp lực mao quản.

Trong đó: _ là sức căng bề mặt

Δ là góc tạo bởi giọt thấm ướt của pha liên tục với lỗ màng.

d_p là đường kính trung bình của lỗ màng.

Thông lượng thể tích qua màng được tính theo công thức:

_

Trong đó: J là thông lượng qua membrane

Φ_v là tốc độ thể tích của qua membrane

A: diện tích bề mặt màng tiếp xúc với dòng nhập liệu

Ứng dụng thành tựu hiện đại của công nghệ màng, tạo ra sản phẩm nhũ tương dầu trong nước có kích thước đồng đều và ít làm mất hoạt tính của các chất chống oxi hóa, đảm bảo an toàn cho người sử dụng khi bổ sung các hợp chất này vào hệ nhũ tương trong thực phẩm, và hạn chế ô nhiễm môi trường, tiết kiệm năng lượng sử dụng. Từ đó, làm gia tăng giá trị cho phụ phẩm phôi lúa mì.

Sử dụng kỹ thuật đồng hóa bằng màng tạo ra hệ nhũ tương bền để thay thế các kỹ thuật đồng hóa khác. Đồng thời, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đồng hóa bằng màng để tăng hiệu quả quá trình đồng hóa, giảm kích thước hạt, tăng thông lượng giúp đạt hiệu quả kinh tế trong kỹ thuật đồng hóa bằng màng.

Nguyên liệu sử dụng cho nghiên cứu này là dầu phôi lúa mì được trích ly từ phôi lúa mì xay xát trong ngày, có các chỉ tiêu sau: Độ ẩm từ 13 – 15% w/w, hàm lượng dầu khoảng 8 – 12% w/w.