ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ VIỆT NAM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BÁO CÁO NGHIỆM THU TỔNG HỢP CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT SUCROSE ESTER CỦA CÁC ACID BÉO C 8 , C 10 , C 12 VÀ CỦA DẦU DỪA CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI TS. PHAN THANH THẢO CƠ QUAN QUẢN LÝ CƠ QUAN CHỦ TRÌ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 12 - 2013 I TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Sucrose ester của acid béo là một loại hợp chất hoạt động bề mặt với nhiều ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay, lượng Sucrose ester sử dụng hoàn toàn được nhập khẩu từ nước ngoài với chi phí cao. Vì thế đề tài góp phần vào việc giải quyết vấn đề trên. Đầu tiên, các acid béo C 8 , C 10 , C 12 được phản ứng với methanol có sự hiện diện của H 2 SO 4 để tạo nên methyl octanoate, methyl decanoate, methyl laurate. Thứ hai, methyl ester của các acid béo C 8 , C 10 , C 12 phản ứng chuyển đổi với sucrose dưới sự có mặt của xúc tác K 2 CO 3 trong môi trường DMSO, điều kiện phản ứng thay đổi: nhiệt độ, thời gian, tỷ lệ mol sucrose:methyl ester, hàm lượng xúc tác cho các kết quả sản phẩm sucrose ester có chỉ số HLB khác nhau, có khả năng giảm cấp sinh học nhanh, tương đương với chất chuẩn Na acetate sau 7 ngày. Với các sản phẩm sucrose octanoate, sucrose decanoate có chỉ số HLB cao 13 + , có khả năng kháng nấm, kháng khuẩn. Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, đã tìm ra được phương trình hồi quy thể hiện mối tương quan giữa các yếu tố tỷ lệ mol tác chất, hàm lượng xúc tác, thời gian phản ứng ảnh hưởng đến hàm lượng sucrose monoester laurate điều chế được: Y = 60.43 + 1.98x 1 – 10.2x 3 – 7.85x 1 x 3 – 4.2x 2 x 3 . Tổng hợp thành công methyl ester dầu dừa bằng xúc tác sodium silicate đạt độ tinh sạch 100%. Từ quá trình khảo sát điều chế sucrose ester từ dầu dừa, đưa ra quy trình sản xuất quy mô pilot tại Việt Nam. Qua khảo sát quá trình tạo chế phẩm bảo quản xoài, cho thấy sản phẩm sucrose ester dầu dừa góp phân quan trọng trong việc kéo dài thời gian bảo quản của quả xoài lên 25 ngày so với không màng bảo quản là 12 ngày trong điều kiện nhiệt độ phòng. Quả chín cho màu sắc đẹp. II SUMMARY OF RESEARCH CONTENT Sucrose fatty acid ester is a kind of non-ionic surface active agent with excellent performance and many uses. However in Viet Nam, sucrose ester is imported from foreign country with high prices. So, this is the first step, help to solve this problem. First, octanoic acid, decanoic acid, lauric acid and methanol is reacted in the present of H 2 SO 4 catalysis to synthesis methyl octanoate, methyl decanoate, methyl laurate. The second, the transesterification betwwen methyl ester of fatty acid C 8 , C 10 , C 12 and sucrose using solvent DMSO with the changes of the temperature, time, ratio sucrose/ methyl ester, catalysis content will give the products with many HLB value. And the biodegradability is rappid as soon as sodium acetate after 7 days. Sucrose octanoate and sucrose decanoate have high HLB value 13 + can antimicrobial properties. Using statistical methods, giving the regression equation showing the relationship between the reactants molar ratio, catalyst concentration, reaction time affect sucrose monoester laurate: Y = 60.43 + 1.98x 1 – 10.2x 3 – 7.85x 1 x 3 – 4.2x 2 x 3 . Synthesis of methyl ester of coconut oil with sodium silicate catalyst at 100% purity. From the study sucrose ester prepared from coconut oil, making the production process scale pilot in Vietnam. Through the survey creation process preserved mango preparations, sucrose ester coconut oil products contribute important in prolonging the shelf life of mango by 25 days compared with no film preservation was 12 days in the condition room temperature. Ripe fruit for beautiful color. III MỤC LỤC Trang Tóm tắt đề tài dự án I Mục lục III Danh sách chữ viết tắt V Danh sách bảng VI Danh sách hình VII Bảng quyết toán (giám định giai đoạn 1) VIII Bảng dự trù kinh phí giai đoạn II IX Phần mở đầu 1 Chương I Tổng quan Sucrose ester 2 1.1 Giới thiệu về Sucrose ester 2 1.2 Lịch sử phát triển 2 1.3 Tình hình sản xuất và nhu cầu sử dụng trên thế giới 5 1.4 Tính chất 7 1.5 Phản ứng điều chế Sucrose ester 12 1.6 Ứng dụng của Sucrose ester 18 Chương II. Nội dung và Phương pháp nghiên cứu 22 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 22 2.2 Phương pháp nghiên cứu 22 2.3 Hóa chất và dụng cụ 24 2.4 Các phương pháp phân tích 24 2.4.1 GC/MS 24 2.4.2 TLC 25 2.4.3 LC/MS 26 2.4.4 Sức căng bề mặt 26 2.5 Phương pháp nghiên cứu 27 2.5.1 Điều chế Methyl ester C 8 , C 10 , C 12 27 2.5.2 Điều chế Methyl ester dầu dừa 29 2.5.3. Điều chế sucrose ester sử dụng dung môi 30 2.5.4 Điều chế sucrose ester không sử dụng dung môi 33 2.5.5 Xác định các tinh chất sucrose ester 34 2.5.6 Xác định hàm lượng tạp chất trong sản phẩm sucrose ester 40 Chương III Kết quả và thảo luận 42 3.1 Methyl ester 42 3.1.1 Methyl Octanoate 42 3.1.2 Methyl Decanoate 43 3.1.3 Methyl Laurate 46 IV 3.1.4. Methyl ester dầu dừa 48 3.2 Sucrose ester Octanoate 50 3.2.1 Khảo sát tỷ lệ mol methyl octanoate: sucrose 52 3.2.2 Khảo sát thời gian phản ứng 54 3.2.3 Khảo sát nhiệt độ phản ứng 55 3.2.4 Khảo sát hàm lượng xúc tác 56 3.3 Sucrose ester Decanoate 58 3.3.1 Tỷ lệ mol sucrose: methyl decanoate 60 3.3.2 Thời gian phản ứng 61 3.3.3 Nhiệt độ phản ứng 62 3.3.4 Tỷ lệ xúc tác 64 3.4 Sucrose ester Laurate 66 3.4.1 Tỷ lệ mol sucrose:methyl laurate 68 3.4.2 Thời gian phản ứng 69 3.4.3 Nhiệt độ phản ứng 70 3.4.4 Tỷ lệ xúc tác 71 3.5 Sức căng bề mặt 73 3.6 Độ ổn định nhũ 74 3.7 Khả năng kháng khuẩn 76 3.8 Độ giảm cấp sinh học 77 3.9 Quy hoạch thực nghiệm tổng hợp sucrose monolaurate 81 3.10 Sucrose ester dầu dừa 87 3.10.1 Tỷ lệ mol sucrose:methyl ester dầu dừa 89 3.10.2 Thời gian phản ứng 90 3.10.3 Nhiệt độ phản ứng 91 3.10.4 Tỷ lệ xúc tác 92 3.11 Quy trình tổng hợp sucrose ester cho quy mô sản xuất pilot 93 3.12 Sản phẩm sucrose ester sản xuất quy mô pilot 96 Phần 2: Ứng dụng Sucrose ester trong bảo quản quả Xoài 99 1. Tổ chức thí nghiệm 99 2. Phương pháp phân tích chất lượng bảo quản quả 100 3. Kết quả và thảo luận 100 Chương IV Kết luận 103 Tài liệu tham khảo 106 Phụ lục V DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT HĐBM: Hoạt động bề mặt SCBM: Sức căng bề mặt GC/MS: Gas chromatography/ mass spectromatry : Sắc ký khí khối phổ TLC : Thin layer chromatography : Sắc ký bản mỏng LC/MS: Liquid layer/ mass spectromatry : Sắc ký lỏng khối phổ DMSO: Dimethylsulfoxide MeOH: Methanol DMF : Dimethylformamide W/O : Water in Oil : Nhũ nước trong dầu O/W : Oil in Water : Nhũ dầu trong nước CMC : Critical micelle concentration : Nồng độ micelle tới hạn HLB : Hydrophilic – Lipophilic Balance : Cân bằng ưa nước ưa béo DOC : Dissolve organic carbon : Carbon hữu cơ hòa tan MIC : Minimum Inhibitory Concentration : Nồng độ ức chế tối thiểu VKHK: Vi khuẩn hiếu khí QHTN: Quy hoạch thực nghiệm MEC8, MEC10, MEC12, MEdd: Methyl ester acid béo C8, C10, C12 , dầu dừa VI DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Sự phụ thuộc HLB vào thành phần acid béo và độ ester hóa 10 Bảng 1.2 Chỉ số HLB của một số chất tạo nhũ 10 Bảng 1.3 Chỉ số HLB của một số chất tạo nhũ ứng dụng trong thực phẩm 11 Bảng 2.1 Bảng dự đoán chỉ số HLB theo khả năng hòa tan trong nước 36 Bảng 2.2 Môi trường đo độ giảm cấp sinh học 38 Bảng 3.1 Thành phần của các acid béo trong methyl ester dầu dừa 49 Bảng 3.2 Tóm tắt khảo sát phản ứng điều chế sucrose ester octanoate 50 Bảng 3.3 Tóm tắt khảo sát phản ứng điều chế sucrose ester decanoate 58 Bảng 3.4 Tóm tắt khảo sát phản ứng điều chế sucrose ester laurate 66 Bảng 3.5 Kết quả sức căng bề mặt theo nồng độ sản phẩm 73 Bảng 3.6 Chỉ số HLB tính theo thành phần của Span 80 và Tween 80 75 Bảng 3.7 Kết quả độ ổn định nhũ theo thời gian 76 Bảng 3.8 Kết quả khả năng kháng khuẩn của các sản phẩm 77 Bảng 3.9 Hàm lượng DOC giảm theo thời gian của sucrose octanoate 78 Bảng 3.10 Hàm lượng DOC giảm theo thời gian của sucrose decanoate 78 Bảng 3.11 Hàm lượng DOC giảm theo thời gian của sucrose laurate 79 Bảng 3.12 Độ giảm cấp sinh học của các mẫu sucrose ester sau 7 ngày 80 Bảng 3.13 Các mức khảo sát yếu tố ảnh hưởng QHTN 81 Bảng 3.14 Kết quả thực hiện thí nghiệm QHTN 84 Bảng 3.15 Bảng tóm tắt khảo sát phản ứng điều chế sucrose ester dầu dừa 87 Bảng 3.16 Bảng tóm tắt điều kiện điều chế sucrose ester quy mô pilot 94 Bảng 3.17 Bảng kết quả đo sức căng bề mặt 96 Bảng 3.18 Bảng kết quả mẫu sucrose ester dầu dừa 98 Bảng 4.1 Chỉ tiêu phân tích khối lượng quả Xoài trong quá trình bảo quản 100 VII DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Công thức cấu tạo của sucrose ester 3 Hình 1.2 Đồ thị xác định nồng độ micelle tới hạn 8 Hình 1.3 Sự tạo thành hạt micelle 8 Hình 1.4 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc chỉ số HLB vào độ ester hóa 9 Hình 1.5 Cơ chế phản ứng chuyển đổi ester giữa sucrose và methyl ester của acid béo trong dung môi hữu cơ với xúc tác K 2 CO 3 14 Hình 1.6 Phản ứng tạo sucrose ester 16 Hình 1.7 Tóm lược ứng dụng của sucrose ester của acid béo 21 Hình 2.1 Sơ đồ máy sắc ký khí khối phổ 25 Hình 2.2 Sơ đồ hệ máy LC 26 Hình 2.3 Thiết bị đo sức căng bề mặt 27 Hình 2.4 Quy trình điều chế methyl ester C 8 , C 10 , C 12 28 Hình 2.5 Quy trình điều chế methyl ester dầu dừa 29 Hình 2.6 Sơ đồ hệ phản ứng chuyển đổi ester tạo sucrose ester 31 Hình 2.7 Quy trình điều chế sucrose ester sử dụng dung môi 33 Hình 2.8 Quy trình điều chế sucrose ester không sử dụng dung môi 34 Hình 3.1 Kết quả GC của methyl octanoate 42 Hình 3.2 Kết quả MS của methyl octanoate 43 Hình 3.3 Kết quả GC của methyl decanoate 44 Hình 3.4 Kết quả Ms của methyl decanoate 45 Hình 3.5 Công thức methyl decanoate 46 Hình 3.6 Kết quả GC của methyl laurate 46 Hình 3.7 Kết quả MS của methyl laurate 47 Hình 3.8 Kết quả GC/MS của methyl ester dầu dừa 49 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn sức căng bề mặt theo nồng độ sản phẩm 74 Hình 3.10 Nhũ O/W của mineral oil 75 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn độ tách nhũ theo thời gian 76 Hình 3.12 Kiểm tra sự có mặt của VKHK trong bùn 77 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn sự giảm cấp của mẫu sucrose octanoate 78 Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn sự giảm cấp của mẫu sucrose decanoate 79 VIII Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn sự giảm cấp của mẫu sucrose laurate 79 Hình 3.16 Đồ thị so sánh độ giảm cấp của mẫu sản phẩm so với chất chuẩn 80 Hình 3.17 Mặt đáp ứng sucrose monolaurate theo tỷ lệ tác chất và thời gian 84 Hình 3.18 Mặt đáp ứng sucrose monolaurate theo thời gian và xúc tác 85 Hình 3.19 Quy trình điều chế sucrose ester theo quy mô pilot 94 Hình 3.20 Thiết bị phản ứng sucrose ester theo quy mô pilot 95 Hình 3.21 Kết quả đánh giá HLB của mẫu sucrose ester dầu dừa 96 Hình 3.22 Đồ thị biểu diễn sức căng theo nồng độ 97 Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn tổn thất khối lượng (%) của quả Xoài với các màng bao khác nhau tại nhiệt độ phòng 99 Hình 4.2 Hình quả xoài thay đổi theo thời gian bảo quản 99 -100 IX PHẦN MỞ ĐẦU Tên đề tài: “Tổng hợp chất hoạt động bề mặt sucrose ester của các acid béo C 8 , C 10 , C 12 và của dầu dừa”. Chủ nhiệm đề tài: TS. Phan Thanh Thảo Cơ quan chủ trì: Viện Công Nghệ Hóa Học Thời gian thực hiện: 12/2010 – 12/2012 Kinh phí được duyệt: 300.000.000 đồng. Kinh phí cấp đợt 1: 200.000.000 đồng theo TB số 127 TB-SKHCN ngày 21/ 12/ 2010 Kính phí cấp đợt 2: 70.000.000 đồng Báo cáo giám định: 06/2012 Mục tiêu: - Tổng hợp sucrose ester từ các acid béo C 8 , C 10 , C 12 , dầu dừa. - Đưa ra quy trình sản xuất sucrose ester tại Việt Nam và thử nghiệm trên thiết bị phản ứng pilot dung tích 2kg/mẻ với nguốn nguyên liệu đầu vào là dầu dừa. Nội dung: - Tổng hợp Methyl ester với độ sạch 99%. - Tổng hợp sucrose ester có mức độ ester hóa khác nhau: - Xác định độ tinh sạch của mẫu sản phẩm sucrose ester - Xây dựng quy trình thích hợp điều chế sucrose ester tại Việt Nam với năng suất 2kg/mẻ. [...]... chế methyl ester từ dầu dừa Xác Sản phẩm methyl ester từ dầu dừa với độ tinh khiết > 98% định độ sạch bằng GC/MS 2 Tổng hợp sucrose ester từ methyl ester Sản phẩm có hàm lượng mono sucrose ester > 70%; 35 - 45% ;và ≤ 20% của dầu dừa 3 Xác định độ tinh sạch và tính chất hóa Hàm lượng sucrose ester tổng ≥ 80 lý của sản phẩm sucrose ester từ dầu Bảng giá trị các tính chất hóa lý của sản phẩm: dừa - HLB... 45% và ≤ 20% 4 Bảng giá trị tính chất hóa lý của sản Tính chất hóa lý của sản phẩm tương ứng phẩm sucrose ester từ các C8, C10, mỗi loại: C12 - HLB tương ứng 14 – 16; 8 – 10 và 4 – 6 - Hàm lượng đường ≤ 10% - Hàm lượng acid tự do ≤ 6% 5 Hỗn hợp sản phẩm sucrose ester từ Hàm lượng sucrose ester tổng ≥ 80 dầu dừa và tính chất hóa lý tương 100 g sản phẩm sucrose ester từ dầu dừa có ứng hàm lượng mono sucrose. .. 70.000.000 đồng Báo cáo giám định: 06/2012 Mục tiêu : - Tổng hợp sucrose ester từ các acid béo C 8, C10, C12, dầu dừa - Đưa ra quy trình sản xuất sucrose ester tại Việt Nam và thử nghiệm trên thiết bị phản ứng pilot dung tích 2kg/mẻ với nguồn nguyên liệu đầu vào là dầu dừa Nội dung: - Tổng hợp Methyl ester với độ sạch 99% - Tổng hợp sucrose ester có mức độ ester hóa khác nhau: - Xác định độ tinh sạch của mẫu... vực mỹ phẩm [23,35] Với sự phát triển của những chất tẩy rửa dành cho tóc và cơ thể, những chất hoạt động bề mặt non-ionic được thêm vào hỗn hợp của những chất hoạt động bề mặt ionic và amphoteric để tăng tính dịu nhẹ cho sản phẩm 19 Sucrose ester là những chất hoạt động bề mặt non-ionic Những tính chất thú vị, cải tiến làm chúng trở thành chất được sử dụng nhiều và tạo ra những thuận lợi cho ngành hoá... trên phân tử sucrose ( từ 1 – 8 vị trí /sucrose) Sucrose ester tuỳ theo số lượng nhóm acid béo được gắn trên phân tử đường mà chúng tồn tại từ trạng thái lỏng đến trạng thái rắn Tính chất hóa – lý của một chất hoạt động bề mặt: [32, 38, 53] Một trong những tính chất quan trọng của chất hoạt động bề mặt là khả năng làm giảm sức căng bề mặt lỏng - khí và sức căng bề mặt chung giữa hai pha dầu - nước,... thích của các loại thuốc tan tốt Hình 1.7: Tóm lược ứng dụng của sucrose ester của acid béo 21 CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu - Khảo sát, tìm điều kiện phản ứng để điều chế sucrose ester từ nguồn nguyên liệu acid béo C8, C10, C12 và dầu dừa - Khảo sát một số tính chất của sản phẩm điều chế được 2.2 Nội dung nghiên cứu Methyl ester của acid béo là những chất không... 2 3 1 Điều chế methyl ester từ các acid béo Các sản phẩm methyl octanoate, methyl C8, C10, C12 và methanol Xác định độ decanoate, và methyl laurate với độ tinh tinh sạch bằng GC/MS khiết > 99% mỗi loại 2 Tổng hợp sucrose ester từ nguồn - Hàm lượng sucrose ester tổng ≥ 80 nguyên liệu methyl octanoate; methyl - Sản phẩm sucrose ester từ các C8, C10, C12 với hàm lượng mono sucrose ester tương decanoate,... mono sucrose ester > 70%; 35 45% và ≤ 20% 7 Bảng giá trị các thông số của phản Đặc tính hóa lý của sản phẩm: ứng sucrose ester từ methyl ester - HLB tương ứng 14 – 16; 8 – 10 và 4 – 6 của dầu dừa và tính chất hóa lý của - Hàm lượng đường ≤ 10% sản phẩm theo quy trình đề nghị - Hàm lượng acid tự do ≤ 6% - Tổng sucrose ester ≥ 80% 8 03 bài báo khoa học Đang phản biện 9 Đào tạo Đại học 02 luận văn đại học. .. bài báo khoa học Đang phản biện 9 Đào tạo Đại học 02 luận văn đại học 500 g methyl ester dầu dừa với độ tinh khiết > 98% (GC/MS) XI PHẦN MỞ ĐẦU Tên đề tài: Tổng hợp chất hoạt động bề mặt sucrose ester của các acid béo C8, C10, C12 và của dầu dừa Chủ nhiệm đề tài: TS Phan Thanh Thảo Cơ quan chủ trì: Viện Công Nghệ Hóa Học Thời gian thực hiện: 12/2010 – 12/2012 Kinh phí được duyệt: 3 00.000.000 đồng... hóa bằng con đường tổng hợp hóa học Theo đó, sucrose ester là những chất không độc hại được sản xuất từ nguồn nguyên liệu tái sinh, rẻ tiền và sẵn có trong nguồn tự nhiên Những nhóm chức rượu của phân tử sucrose sẽ tác dụng với những nhóm chức acid béo hay acid của vòng thơm đ ể tạo ra sucrose ester Không như những chất hoạt động bề mặt khác, sucrose ester có khả năng phân hủy sinh học hoàn toàn cả trong . SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BÁO CÁO NGHIỆM THU TỔNG HỢP CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT SUCROSE ESTER CỦA CÁC ACID BÉO C 8 , C 10 , C 12 VÀ CỦA DẦU DỪA CHỦ. một chất hoạt động bề mặt: [32, 38, 53] Một trong những tính chất quan trọng của chất hoạt động bề mặt là khả năng làm giảm s ức căng bề mặt lỏng - khí và s ức căng bề mặt chung giữa hai pha dầu -. nghiệm MEC8, MEC10, MEC12, MEdd: Methyl ester acid béo C8, C10, C12 , dầu dừa VI DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Sự phụ thuộc HLB vào thành phần acid béo và độ ester hóa 10 Bảng 1.2 Chỉ số HLB của một