Tài liệu Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6, vitamin e, phytosterol từ cặn khử mùi dầu đậu tương (tt)

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM -----    ----- VŨ ĐỨC CHIẾN “NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HỖN HỢP AXÍT BÉO OMEGA 3 VÀ OMEGA 6, VITAMIN E, PHYTOSTEROL TỪ CẶN KHỬ MÙI DẦU ĐẬU TƢƠNG” TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Chế biến thực phẩm và đồ uống Mã số: 62.54.02.01 Hà Nội – 2016 2 Công trình được hoàn thành tại: Viện Công nghiệp thực phẩm Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. BÙI QUANG THUẬT 2. GS.TS. PHẠM QUỐC LONG Phản biện 1:………………… Phản biện 2:………………… Phản biện 3:………………… Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án cấp Viện họp tại Viện Công nghiệp thực phẩm Vào hồi giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc gia Việt Nam, Thư viện Viện Công nghiệp thực phẩm 3 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết đề tài D u thô thu nhận được t thực vật b ng phư ng pháp p ho c tr ch ly vẫn chưa s dụng được trong công nghiệp thực phẩm vì nó c n lẫn nhi u tạp chất. M c d lượng tạp chất này có trong d u không nhi u nhưng nó ảnh hưởng lớn đến chất lượng và quá trình bảo quản d u. Do vậy d u thô c n được tinh chế trước khi s dụng. Trong quá trình tinh chế d u chúng ta sẽ thu được hai loại phụ phẩm ch nh là c n xà ph ng (trong công đoạn trung h a) và c n kh m i (trong công đoạn kh m i b ng phư ng pháp chưng cất chân không). Các quá trình tinh chế này không chỉ loại đi các tạp chất không mong muốn c n mất đi một lượng không nhỏ các thành ph n dinh dưỡng như: các axit b o vitamin E phytosterol ... đã bị k o theo trong c n kh m i c n xà ph ng. Với một khối lượng quá lớn và có nhi u thành ph n có giá trị như vậy nên trong thời gian g n đây nguồn phụ phẩm chế biến d u đã trở thành đối tượng nghiên cứu của hàng loạt các công trình nghiên cứu trên thế giới và trở thành nguồn nguyên liệu quý cho sản xuất nhi u loại sản phẩm. Một trong những hướng nghiên cứu và sản xuất ch nh hiện nay v nguồn nguyên liệu này là sản xuất các hoạt chất sinh học có nguồn gốc tự nhiên ứng dụng trong sản xuất sản phẩm thực phẩm chức năng mỹ phẩm và dược phẩm. Việc s dụng c n kh m i làm nguyên liệu sản xuất vitamin E hỗn hợp axit b o omega 3 và omega 6 và phytosterol không những làm giảm giá thành sản phẩm d u thực vật tinh chế mà c n giải quyết được vấn đ môi trường. Năm 2014 sản lượng d u thực vật trên cả nước đạt được 800.000 tấn. Với sản lượng d u này đã đưa ra khoảng h n 2 4 nghìn tấn c n kh m i. Như vậy chúng ta có ti m năng rất lớn để phát triển sản xuất vitamin E phytosterol và các ax t b o omega 3 và omega 6. Tuy nhiên ở nước ta hiện nay c n kh m i mới chỉ được s dụng làm d u bôi tr n cho khuôn bánh làm phụ liệu cho thức ăn gia súc... mà chưa được tận dụng như nguồn nguyên liệu quý giá cho sản xuất vitamin E phytosterol và các axit b o omega 3 và omega 6. M t khác nhu c u trong nước v các sản phẩm này làm nguyên liệu phục vụ cho công nghiệp dược phẩm mỹ phẩm và thực phẩm chức năng ngày một tăng mạnh và trở nên cấp thiết. Ph n lớn các sản phẩm hay nguyên liệu d ng để sản xuất đ u được nhập t nước ngoài. Do vậy vấn đ : “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6, vitamin E, phytosterol từ cặn khử mùi dầu đậu tương” là việc làm c n thiết và có ý nghĩa khoa học 2. Mục đích của Luận án - Nghiên cứu quy trình công nghệ thu nhận đồng thời hỗn hợp axit b o omega 3 và omega 6, vitamin E, phytosterol t c n kh m i d u đậu tư ng. 3. Phạm vi nghiên cứu - Nguyên liệu c n kh m i d u đậu tư ng t nguồn phụ phẩm chế biến d u thực vật Việt Nam. 4. Nội dung của Luận án - Nghiên cứu lựa chọn và x lý nguồn phụ phẩm chế biến d u thực vật cho mục đ ch thu nhận hỗn hợp các ax t b o omega 3 và omega 6, vitamin E và phytosterol. - Nghiên cứu công nghệ thu nhận hỗn hợp axit b o t c n kh m i d u đậu tư ng - Nghiên cứu công nghệ làm giàu hỗn hợp axit b o omega 3 và omega 6 - Nghiên cứu công nghệ tách phytosterol - Nghiên cứu công nghệ tinh chế vitamin E - Nghiên cứu phư ng pháp bảo quản các sản phẩm và th độ ổn định của sản phẩm hỗn 4 hợp các axit b o omega 3 và omega 6 - Nghiên cứu hoàn thiện và sản xuất th nghiệm các sản phẩm hỗn hợp axit b o omega 3 và omega 6, vitamin E và phytosterol trên dây chuy n thiết bị pilot, ứng dụng chúng để sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án 5.1. Ý nghĩa khoa học - T v c n kh m i d u đậu tư ng - nguồn phụ phẩm chế biến d u thực vật Việt Nam đã thu nhận được nhi u sản phẩm có giá trị cao: hỗn hợp các ax t b o omega 3 và omega 6, phytosterol, vitamin E đóng góp nhất định vào việc nâng cao công nghệ sản xuất và chế biến d u thực vật. Luận án góp ph n thúc đẩy sự phát triển công nghệ chiết tách tinh chế và chuyển hóa các sản phẩm tự nhiên. - Luận án là nguồn tư liệu tốt giúp cho sinh viên và các nhà khoa học quan tâm đến lĩnh vực này tham khảo. 5.2. Ý nghĩa thực tế: - Luận án góp ph n nâng cao giá trị và tận thu nguồn phụ phẩm chế biến d u Việt Nam, đồng thời góp ph n vào việc phát triển cây d u và chế biến d u thực vật tại nước ta. - Các sản phẩm t c n kh m i d u đậu tư ng khi được ứng dụng vào sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm sẽ góp ph n chăm sóc và nâng cao sức khỏe cộng đồng. 6. Tính mới của luận án - Luận án đã nghiên cứu một cách tổng thể v c n kh m i d u đậu tư ng – nguồn phụ phẩm chế biến d u thực vật Việt Nam t phân t ch đánh giá nguyên liệu phân tách, tinh chế được 03 chế phẩm có giá trị cao ứng dụng cho sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm - Là công trình đ u tiên ở Việt Nam đã nghiên cứu xây dựng được quy trình tổng thể chiết tách đồng thời hỗn hợp axit b o omega 3 và omega 6, phytosterol và vitamin E t c n kh m i d u đậu tư ng. - Quy trình công nghệ sản xuất hỗn hợp ax t b o omega 3 và omega 6 (omega 3 & omega 6) t c n kh m i d u đậu tư ng đã được cấp B ng độc quy n sở hữu tr tuệ mã số VN 2-0001425 theo Quyết định số 55359/QĐ-SHTT ngày 05/09/2016. 7. Kết cấu luận án Ngoài ph n mở đ u mục lục và phụ lục luận án gồm 4 chư ng: chư ng I: Tổng quan tài liệu chư ng II. Nguyên vật liệu và phư ng pháp nghiên cứu chư ng III. Kết quả và thảo luận. chư ng IV. Kết luận và kiến nghị. Luận án gồm 164 trang với 6 kết luận 2 đ nghị 54 bảng 15 hình 10 s đồ 20 đồ thị và 121 tài liệu tham khảo (12 tài liệu tiếng Việt) 5 công trình liên quan đến luận án được công bố. CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Phụ phẩm chế biến dầu thực vật Quá trình tinh chế d u thực vật tạo ra hai loại phụ phẩm ch nh là c n xà ph ng và c n kh m i. C n kh m i là phụ phẩm của quá trình kh m i nó có thành ph n hóa học chủ yếu là axit b o vitamin E phytosterol hydrocarbon (squalene) các chất sáp chất màu aldehyd xeton và các sản phẩm phân hủy của axit b o và acylglycerol… và chiếm khoảng 0 2 - 0,3% so với d u thô đưa tinh chế. Theo đó với sản lượng d u đậu tư ng của Việt Nam năm 2014 đạt 230.000 tấn thì sẽ đưa ra khoảng 7.000 tấn c n xà ph ng và h n 600 tấn c n kh m i. Hiện tại ở nước ta loại phụ phẩm này mới chỉ được s dụng làm d u bôi tr n bổ sung trong thức ăn gia súc… Do vậy, giá trị s dụng của chúng không cao trong khi ở ngoài nước c n kh m i là nguồn nguyên liệu quý giá và 5 chủ yếu để sản xuất các hoạt chất sinh học có giá trị như: vitamin E phytosterol và hỗn hợp các axit b o nhất là các axit b o omega 3 và omega 6. Hiện nay trên thế giới người ta đã sản xuất được hỗn hợp các axit b o omega 3 và omega 6, phytosterol, vitamin E ở quy mô công nghiệp. 1.2. Axít béo không no, omega 3 và omega 6 (omega 3 và omega 6) Ax t b o omega 3 và omega 6 là các ax t b o đa nối đôi c thể không tự tổng hợp được mà phải lấy t thức ăn bên ngoài. Có hai họ ax t b o omega 3 và omega 6 quan trọng là omega-3 và omega-6. Ax t b o omega-3 (-3) là một họ các ax t b o không no đa nối đôi chúng có nối đôi C=C đ u tiên ở vị tr cacbon thứ 3 t nh t đ u metyl của mạch ax t b o. Trong các ax t b o omega-3 quan trọng nhất là: ax t -linolenic (ALA), ax t eicosapentaenoic (EPA) và ax t docosahexaenoic (DHA). Ax t b o omega-6 (-6) là một họ các ax t b o không no đa nối đôi chúng có nối đôi C=C đ u tiên ở vị tr cacbon thứ 6 t nh t đ u metyl của mạch ax t b o. Các ax t b o trong họ omega-6 là ax t linoleic (AL) ax t gamma linoleic (AGL) ax t eicosadienoic ax t dihomo-gammalinoleic (DGLA) ax t arachidonic (AA). Cả hai loại ax t b o omega-3 và omega-6 đ u có nhi u trong thuỷ hải sản, các loại d u thực vật và phụ phẩm chế biến d u thực vật. Omega-3 và omega-6 có khả năng ngăn ch n phản ứng của hệ miễn dịch gây ra chứng viêm khớp bớt cứng và sưng làm thuyên giảm các triệu chứng của bệnh này. Hỗn hợp omega-3 và omega-6 c n có tác dụng ngăn ng a tiểu huyết c u d nh với nhau ngăn ng a cholesterol bám vào vách mạch máu do đó giúp mạch máu khỏi bị nghẽn tránh được nguy c nhồi máu c tim. Đ c biệt hai loại ax t b o DHA và EPA có khả năng bảo vệ những tế bào tim không tham gia vào hoạt động nhanh của tim giúp giảm nguy c đột t … 1.3. Vitamin E Vitamin E bao gồm các tocopherol và các tocotrienol. Vitamin E tự nhiên tồn tại dưới 8 dạng đồng phân khác nhau trong đó có 4 tocopherol và 4 tocotrienol. Tất cả đ u có v ng chromanol với nhóm hydroxyl có thể cung cấp nguyên t H để kh các gốc tự do và nhóm R (ph n c n lại của phân t ) kỵ nước để cho ph p thâm nhập vào các màng sinh học. Vitamin E là chất lỏng không màu có khả năng h a tan tốt trong d u thực vật rượu và ete. α-Tocopherol có thể kết tinh chậm trong rượu metylic nếu giữ ở nhiệt độ thấp 350C. Tocopherol khá b n với nhiệt chịu được nhiệt độ 1700C khi đun nóng trong không kh chịu được đến 1000C khi đun với ax t HCl đ c nhưng dưới tác dụng của tia cực t m thì lại bị phá hủy một cách nhanh chóng. Vitamin E bị ôxy hóa bởi các chất ôxy hóa khác nhau như sắt (III) clorua. V khả năng chống ôxy hóa: γ-tocopherol có hoạt t nh chống ôxy hóa cao h n tuy nhiên v cả hoạt t nh sinh học nói chung thì α-tocopherol lại mạnh nhất. Vitamin E có khả năng ngăn ch n phản ứng của các gốc tự do, ngoài chức năng ngăn ch n sự tạo thành những gốc tự do trong tế bào vitamin E c n bảo vệ những chất tạo nên tế bào như protein, ax t nucleic làm tăng tác dụng của protein và vitamin A. Vitamin E c n có tác dụng tốt đối với quá trình sinh sản hỗ trợ đi u trị vô sinh 1.4. Phytosterol Các phytosterol là các triterpen có cấu trúc tư ng tự cholesterol không chỉ v m t cấu trúc gồm một nhân steroid có 4 v ng; nhóm hydroxyl 3 beta và thường có nối đôi ở vị tr 5 6 mà c n cả v chức năng đó là b n hóa hai lớp màng phospholipit của màng tế bào. Các sterol trong thực vật tồn tại chủ yếu dưới dạng các este với axit b o không chứa gốc rượu các steryl glycosides và các acylated steryl glycosides. Trong d u thực 6 vật các phytosterol chủ yếu tồn tại dưới dạng tự do và dạng este. Các phytosterol đóng vai tr quan trọng trong một số lĩnh vực nhưng quan trọng nhất là công nghiệp dược (sản xuất các thuốc steroid) trong thực phẩm chức năng dinh dưỡng (hỗ trợ đi u trị giảm cholesterol và ph ng chống ung thư) và mỹ phẩm (kem và son môi). 1.5. Phƣơng pháp thu nhận axít béo, vitamin E và phytosterol Hiện nay c n kh m i d u đậu tư ng được xem là nguồn nguyên liệu quý để thu nhận các axit b o omega 3 và omega 6 omega 3 & omega 6 đ c biệt là vitamin E và phytosterol bởi vì hàm lượng của vitamin E trong c n kh m i cao h n t 5 - 10 l n so với d u nguyên bản tư ng tự như vậy phytosterol cũng có hàm lượng cao h n d u nguyên bản t 6-10 l n. Cho đến nay trên thế giới đã có vô số các công trình nghiên cứu v đ c t nh và thành ph n của c n kh m i d u đậu tư ng cũng như các phư ng pháp thu nhận hỗn hợp các axit b o omega 3 và omega 6 phytosterol và vitamin E trong đó có nhi u phư ng pháp đã được ứng dụng vào sản xuất ở quy mô công nghiệp. Thông thường trong quá trình chiết tách các hoạt chất sinh học t c n kh m i d u đậu tư ng công đoạn đ u tiên và đ n giản nhất là chiết tách hỗn hợp các axit b o. Hai phư ng pháp thông dụng nhất cho việc chiết tách hỗn hợp axit b o t c n kh m i d u thực vật và đã được áp dụng ở quy mô công nghiệp là phư ng pháp xà ph ng hóa và phư ng pháp este hóa các axit b o. Tiếp đó người ta thường làm giàu hỗn hợp axit b o omega 3 & omega 6 t hỗn hợp axit b o thu được b ng nhi u phư ng pháp mà trong đó phư ng pháp tạo phức với urê được xem là đ n giản và hiệu quả nhất. Sau khi tách hỗn hợp các axit b o t c n kh m i d u đậu tư ng,sẽ thu được hỗn hợp giàu phytosterol và vitamin E. Công đoạn tiếp theo là tách phytosterol ở dạng tự do b ng phư ng pháp kết tinh ở nhiệt độ thấp ho c chuyển hóa phytosterol thành steryl este của các axit b o rồi d ng chưng cất phân t để tách ra khỏi vitamin E. Công đoạn cuối c ng là làm giàu và tinh chế vitamin E - sản phẩm có giá trị nhất trong c n kh m i d u đậu tư ng và đây cũng là công đoạn khó khăn và phức tạp nhất. Để làm giàu và tinh chế vitamin E trên thế giới người ta phải d ng nhi u phư ng pháp và kỹ thuật kết hợp. Ngoài các phư ng pháp và kỹ thuật truy n thống như: este hóa xà ph ng hóa kết tinh tr ch ly lỏng – lỏng sắc ký... người ta đã s dụng nhi u kỹ thuật mới: soxhlet cải tiến chưng cất phân t hấp phụ phân đoạn cải tiến tr ch ly với CO 2 siêu tới hạn s dụng enzyme lipase Candida rugosa. Ở Việt Nam ngoài công trình của Lưu Đức Huy và cộng sự nghiên cứu chiết tách phytosterol t phụ phẩm chế biến d u đậu tư ng chưa có công trình nào nghiên cứu chiết tách đồng thời hỗn hợp axit b o omega 3 & omega 6 vitamin E và phytosterol t c n kh m i d u đậu tư ng nói riêng và t d u thực vật nói chung. Do vậy việc “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6, vitamin E, phytosterol từ cặn khử mùi dầu đậu tương” là việc làm c n thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. CHƯƠNG II. NGUYÊN VẬT LIỆU NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1. Nguyên liệu và hoá chất sử dụng 2.1.1. Nguyên liệu Phụ phẩm chế biến d u thực vật mua tại Công ty CP d u thực vật Tường An Công ty CP d u thực vật Quang Minh và Công ty CP d u thực vật Cái Lân và một số công ty d u thực vật khác trong nước, được bảo quản trong bao bì k n tối màu và ở nhiệt độ thấp. Trước mỗi l n th nghiệm đ u kiểm tra các chỉ tiêu chất lượng. 2.1.2. Hoá chất: Các hóa chất thông dụng và hóa chất cho phân t ch. 2.1.3. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm: 7 S dụng các thiết bị chuyên d ng và các thiết bị phân t ch hiện đại thường quy. Dây chuy n thiết bị pilot sản xuất hỗn hợp axit b o omega 3 & omega 6 phytosterol và vitamin E t c n kh m i d u đậu tư ng quy mô 80 kg nguyên liệu/mẻ. 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp phân tích 2.2.1.1 Xác định độ ẩm của nguyên liệu: bằng phương pháp chưng cất với toluen (theo DĐVN IV 4–2009). 2.2.1.2. Xác định chỉ số axit theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6127:2010 2.2.1.3. Xác định chỉ số este theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8453:2010 2.2.1.4. Xác định chỉ số peroxyt theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6121:2010 2.2.1.5. Xác định thành phần axít béo theo phương pháp AOCS Ce1e-91 2.2.1.6. Xác định hàm lượng vitamin E tổng bằng phương pháp so màu 2.2.1.7. Phân tích hàm lượng vitamin E theo Dược điển Việt Nam 2.2.1.8. Phân tích phytosterol bằng GC và GC-MS 2.2.1.9. Phân tích xác định màu sắc, mùi và độ trong dầu thực vật TCVN 2627:1993 2.2.1.10. Phân tích chỉ tiêu vi sinh theo TCVN - Phân t ch VSV tổng số theo TCVN 4884:2005 - Phân t ch Coliforms và E. coli theo TCVN 6187-2:1996. - Phân t ch Salmonella theo TCVN 4829:2005. - Phân t ch nấm men nấm mốc: theo TCVN 8275:2010 2.2.1.11. Phương pháp định tính urê trong sản phẩm hỗn hợp omega-3 và omega-6 (28 TCN 184 : 2003) 2.2.1.12. Phân tích kim loại nặng T ng chỉ tiêu phân t ch được tiến hành theo các phư ng pháp th : - Hàm lượng Pb - Phư ng pháp th : AOAC 999.11 - Hàm lượng As - Phư ng pháp th : AOAC 986.15 - Hàm lượng Cd - Phư ng pháp th : AOAC 999.11 - Hàm lượng Hg - Phư ng pháp th : AOAC 971.21 2.2.1.13. Phân t ch dư lượng n-hexan theo TCVN 6760:2000 2.2.2. Phương pháp công nghệ 2.2.2.1. Nghiên cứu xử lý cặn khử mùi dầu đậu tương - Phư ng pháp 1: Loại nước trực tiếp b ng Na2SO4 trong quá trình khuấy đ u hỗn dịch và nâng nhiệt độ lên 40 - 450C trong thời gian 3h rồi loại các loại c n vô c b ng cách lọc qua giấy lọc. - Phư ng pháp 2: Loại nước b ng Na2SO4 khi h a tan c n kh m i d u đậu tư ng trong dung môi n-hexan (tỷ lệ c n kh m i/dung môi n-hexan: 1/4 (g/ml)) ở nhiệt ph ng trong thời gian 3h. Sau đó lọc các loại c n vô c qua giấy lọc rồi cô kiệt dung môi. Sau khi x lý c n kh m i d u đậu tư ng theo hai phư ng pháp trên đã loại sạch c n vô c nhưng vẫn c n một lượng nhỏ các hợp chất dễ bay h i mang m i vị khó chịu nên c n loại chúng b ng chưng cất chân không ở áp suất 5mbar và nhiệt độ < 150 0C. 2.2.2.2. Nghiên cứu công nghệ thu nhận hỗn hợp axit béo từ cặn khử mùi dầu đậu tương a. Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thu nhận hỗn hợp axit béo từ cặn khử mùi dầu đậu tương - Phư ng pháp 1: C n kh m i d u đậu tư ng sau khi x lý (100g) được tiến hành etyl este hóa các axit b o có trong c n kh m i với xúc tác của axit sulphuric. Sau đó các etyl este của các axit b o được tách ra khỏi hỗn hợp thu được sau phản ứng este hóa 8 b ng chưng cất phân đoạn chân không ở áp suất 3 mbar. Sản phẩm chưng cất thu được là các etyl este của các axit b o được tiến hành thủy phân bởi dung dịch NaOH 2N (trong etanol 70%) để thu nhận hỗn hợp axit b o ở dạng tự do. Ph n các chất không bay h i c n lại trong bình cất được tiến hành kết tinh ở nhiệt độ 15 0C (2 l n) với dung môi kết tinh là axeton để thu nhận tinh thể phytosterol. Lọc các tinh thể phytosterol ra các chất c n lại trong hỗn dịch được tiến hành các bước làm giàu và tinh chế vitamin E: tr ch ly lỏng – lỏng với hệ dung môi etanol : axton (9/1) kết tinh lạnh ở nhiệt độ - 200C, cuối c ng tinh chế vitamin E b ng sắc ký cột silica gel với dung môi r a giải là n-hexan để thu sản phẩm vitamin E có độ tinh khiết cao. - Phư ng pháp 2: C n kh m i d u đậu tư ng sau khi x lý (100g) được tiến hành xà ph ng hóa các axit b o có trong c n kh m i b ng dung dịch KOH 1-2N (bổ sung pyrogallol với hàm lượng 1% so với nguyên liệu) rồi d ng ete petrol để chiết các thành ph n không xà ph ng hóa ra khỏi dung dịch xà ph ng. Dung dịch xà ph ng (trong nước) được tiến hành axit hóa b ng axit HCl để thu nhận hỗn hợp axit b o ở dạng tự do. Ph n các chất không xà ph ng hóa trong ete được tiến hành đuổi dung môi rồi tiến hành kết tinh kết tinh ở nhiệt độ 150C (2 l n) với dung môi kết tinh là axeton để thu nhận tinh thể phytosterol. Lọc các tinh thể phytosterol ra các chất c n lại trong hỗn dịch được tiến hành các bước làm giàu và tinh chế vitamin E: tr ch ly lỏng – lỏng với hệ dung môi etanol : axton (9/1) kết tinh lạnh ở nhiệt độ - 200C cuối c ng tinh chế vitamin E b ng sắc ký cột silica gel với dung môi r a giải là n-hexan để thu sản phẩm vitamin E có độ tinh khiết cao. b. Nghiên cứu công nghệ etyl ester hoá Các yếu tố công nghệ được khảo sát là: - Các chất xúc tác trong phản ứng etyl este hóa: KOH 1,2%, NaOH 1,2%, H2SO4 0,8% và xúc tác sinh học: các enzim cố định Lipozyme RM IM 8%, Lipozyme TL IM 8% - Tỷ lệ chất xúc tác/c n kh m i: 0 4; 0 6; 0 8 và 1 0% - Tỷ lệ etanol/c n kh m i: 16/1; 18/1; 20/1 và 22/1 (mol/mol) - Nhiệt độ phản ứng etyl este hóa: 40 50 60 70 và 800C - Thời gian phản ứng etyl este: 50, 60, 70, 80 và 90 phút c. Nghiên cứu công nghệ chưng cất phân đoạn chân không tách các etyl este của các axit béo - Nghiên cứu ảnh hưởng của số đĩa lý thuyết của cột tách đến quá trình tách các etyl este của các axit b o: 0 15 và 30 đĩa - Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất chân không đến quá trình tách các etyl este của các axit b o: 2 5 và 10 mbar d. Nghiên cứu công nghệ thuỷ phân hỗn hợp etyl este của các axit béo - Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ dung dịch NaOH 2N/hỗn hợp etyl este đến quá trình thuỷ phân hỗn hợp etyl este của các axit b o: 0 7/1; 0 8/1; 0 9/1 và 1/1 (v/w). - Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thuỷ phân đến quá trình thuỷ phân hỗn hợp etyl este của các axit b o: Nhiệt độ: 50 60 và 700C; Thời gian: 40 45 và 50 phút. 2.2.2.3. Nghiên cứu công nghệ làm giàu hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6 - Tỷ lệ urê/hỗn hợp ax t b o: 1,6/1; 2,0/1; 2,4/1; 2,8/1 - Tỷ lệ etanol/hỗn hợp ax t b o (theo trọng lượng): 6/1; 7/1; 8/1; 9/1 - Nhiệt độ tạo phức: 0; 5; 10 và 150C - Thời gian tạo phức: 2 0; 2 5; 3 0 và 3 5h 2.2.2.4. Nghiên cứu công nghệ tách phytosterol 9 - Dung môi kết tinh phytosterol: metanol etanol axeton n-hexan và ete petrol - Tỷ lệ dung môi kết tinh/hỗn hợp sản phẩm: 1 5/1; 2/1; 2 5/1 và 3/1 - Nhiệt độ kết tinh khác nhau: 0 5 10 và 150C - Thời gian kết tinh: 10 11 12 và 13h - Số l n kết tinh phytosterol: 1 2 và 3 l n a. Tinh chế vitamin E bằng phương pháp trích ly lỏng- lỏng với hệ dung môi chọn lọc - Hệ dung môi tr ch ly lỏng – lỏng: etanol : n-butanol (9:1); etanol : etyl axetat (9:1); etanol: aceton (9:1); etanol : nước (9 5:0 5); etanol : nước (9:1) và Etanol : nước (8,5:1,5) - Tỷ lệ dung môi/vitamin E thô: 1/1; 1 5/1; 2/1 và 2 5/1 - Số l n tr ch ly: 1 2 và 3 l n b. Nghiên cứu xác định nhiệt độ kết tinh lạnh Khảo sát nhiệt độ kết tinh (ripening temperature) ở các mức -5, -10, -15 và -200C c. Nghiên cứu lựa chọn hệ dung môi rửa giải cho quá trình tinh chế vitamin E bằng phương pháp sắc ký cột Tiến hành khảo sát tinh chế vitamin E b ng sắc ký cột silica gel (0,063 - 0,200 m) với các hệ dung môi r a giải: HDM 1: n-Hexan : etyl acetat : etanol : 8 : 1: 1 HDM 5: n-Hexan : etanol: 9 : 1 HDM 2: n-Hexan : dietyl ete : etanol: 8 : 1 : 1 HDM 6: n-Hexan : dietyl ete: 9 : 1 HDM 3: n-Hexan : etyl acetat : 9 : 1 HDM 7: n-Hexan : dietyl ete: 8 : 2 HDM 4: n-Hexan : etanol: 8 : 2 Quá trình tách cột được theo dõi b ng TLC để thu nhận vitamin E tinh khiết. 2.3. Phƣơng pháp xử lý số liệu Số liệu được x lý b ng chư ng trình ph n m m IRRISTAT 4.0. CHƢƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu lựa chọn và xử lý nguồn phụ phẩm chế biến dầu thực vật cho mục đích thu nhận hỗn hợp các axít béo omega 3 và omega 6, phytosterol và vitamin E 3.1.1. Nghiên cứu lựa chọn nguồn phụ phẩm chế biến dầu thực vật cho mục đích thu nhận hỗn hợp các axít béo omega 3 và omega 6, phytosterol và vitamin E Sau khi phân t ch thành ph n ch nh của c n kh m i c n xà ph ng của đâu đậu tượng đ u cọ và d u hạt cải đã lựa chọn được c n kh m i d u đậu tư ng là nguyên liệu ph hợp cho việc thu nhận ax t b o omega 3 và omega 6 phytosterol và vitamin E 3.1.2. Nghiên cứu xử lý cặn khử mùi dầu đậu tương cho mục đích thu nhận hỗn hợp các axít béo omega 3 và omega 6, phytosterol và vitamin E Đã tiến hành x lý các mẫu c n kh m i d u đậu tư ng theo hai phư ng pháp Phư ng pháp 1: Loại nước trực tiếp b ng Na2SO4. Phư ng pháp 2: Loại nước khi c n kh m i được h a tan trong n-hexan. Kết quả cho thấy c n x lý c n kh m i d u đậu tư ng theo phư ng pháp 2 do độ ẩm của c n kh m i sau s lý đạt yêu c u (< 1%). C n kh m i d u đậu tư ng sạch thu được sau x lý đem phân t ch các chỉ số hóa lý và các thành ph n hóa học kết quả được trình bày ở các bảng 3.4 3.5 3.6 và 3.7. Bảng 3.4. Chỉ số hóa lý và thành phần hóa học của cặn khử mùi dầu đậu tương sau khi xử lý Cặn khử mùi dầu đậu tƣơng của công ty Nội dung Tƣờng An Cái Lân Quang Minh Độ ẩm (%) 0,45 0,50 0,55 10 Chỉ số axit (mg KOH/g) 153,3 141,6 148,4 Chỉ số este (mg KOH/g) 2,4 3,4 2,9 Axit b o (%) 77,8 72,5 75,6 Vitamin E (%) 9,2 8,9 8,8 Phytosterol (%) 4,9 5,1 5,2 Các thành ph n khác (%) 7,6 13,0 9,8 Bảng 3.5. Thành phần các axit béo của cặn khử mùi dầu đậu tương sau khi xử lý Cặn khử mùi dầu đậu tƣơng của công ty TT Tên axít béo (%) Tƣờng An Cái Lân Quang Minh 1 Pentadecanoic (C15:0) 1,52 2 Palmitic (C16:0) 9,95 12,56 10,67 3 Stearic (C18:0) 3,15 4,05 5,34 4 Oleic (C18:1) 25,52 23,59 26,86 5 Vaccenic (C18:1) 1,71 6 Linoleic (C18:2) 52,92 52,25 49,9 7 Linolenic (C18:3) 5,15 6,15 4,93 8 Eicosenoic (C20:1) 0,42 0,78 9 Arachidic (C20:0) 1,40 Bảng 3.6. Các dạng VTM E trong cặn khử mùi dầu đậu tương sau khi xử lý Cặn khử mùi dầu đậu tƣơng của công ty T Dạng tocopherol (%) T Tƣờng An Cái Lân Quang Minh 1 22,54 13,79 13,51 -Tocopherol 2 1,36 1,44 1,29 -Tocopherol 3 59,37 68,62 61,02 -Tocopherol 4 16,73 16,15 24,18 -Tocopherol Bảng 3.7. Các dạng phytosterol trong cặn khử mùi dầu đậu tương sau khi xử lý Cặn khử mùi dầu đậu tƣơng của công ty TT Dạng Phytosterol (%) Tƣờng An Cái Lân Quang Minh 1 Beta-sitosterol 49,35 46,68 47,21 2 Stigmasterol 25,81 26,97 26,54 3 Campesterol 24,84 26,45 26,25 T các kết quả phân t ch thu được, c n kh m i d u đậu tư ng t Công ty D u thực vật Tường An được lựa chọn vì có nhi u và phổ biến ở Việt Nam h n 3.2. Nghiên cứu CN thu nhận hỗn hợp axit béo từ cặn khử mùi dầu đậu tƣơng 3.2.1. Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thu nhận hỗn hợp axit béo từ cặn khử mùi dầu đậu tương Qua tham khảo tài liệu t định hướng nghiên cứu và các kết quả thăm d nghiên cứu sinh đã hình thành nên hai phư ng pháp thu nhận đồng thời cả ba sản phẩm hỗn hợp axit b o vitamin E và phytosterol để t đó tìm ra phư ng pháp hữu hiệu cho việc thu nhận ba nhóm hoạt chất này. Sự khác biệt của hai phư ng pháp này ở công đoạn thu nhận hỗn hợp axit b o phư ng pháp 1 s dụng kỹ thuật etyl este hóa các axit b o trong c n kh m i rồi tách các etyl este của các axit b o b ng phư ng pháp chưng cất phân đoạn chân không nhờ sự chênh lệch đáng kể nhiệt độ sôi của etyl este này so với vitamin E và phytosterol. Phư ng pháp 2 s dụng kỹ thuật xà ph ng hóa các axit b o thành các chất xà ph ng tan tốt trong nước nên dễ dàng tách ra khỏi vitamin E 11 phytosterol và các chất hữu c khác. Tiến hành thu nhận hỗn hợp axit b o t c n kh m i d u đậu tư ng đã qua x lý (mỗi mẫu 100g) b ng hai phư ng pháp này. Kết quả được thể hiện trong bảng 3.8. Bảng 3.8. Kết quả lựa chọn phương pháp thu nhận hỗn hợp axit béo từ cặn khử mùi dầu đậu tương Hiệu suất thu nhận (%) Hỗn hợp axit béo Phytosterol Phƣơng pháp Etyl ester hoá Xà ph ng hoá Nhận xét Vitamin E 89,81 83,45 81,27 88,60 84,79 14,43 Hỗn hợp axit có màu vàng đẹp Hỗn hợp axit có màu nâu sáng phư ng pháp đ n giản và chi ph thấp h n 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Hiệu suất etyl este hóa (%) KOH NaOH H2SO4 Lipozyme RM IM Lipozyme TL IM Chất xúc tác Đồ thị 3.1. Ảnh hưởng của chất xúc tác đến quá trình etyl este hóa cặn khử mùi dầu đậu tương Hiệu suất etyl este (%) Hiệu suất (%) Phư ng pháp etyl este hóa được lựa chọn là phư ng pháp th ch hợp cho việc thu nhận hỗn hợp axit b o (phytosterol và vitamin E) t c n kh m i d u đậu tư ng. 3.2.2. Nghiên cứu lựa chọn chất xúc tác và tỷ lệ chất xúc tác cho quá trình etyl este hoá cặn khử mùi dầu đậu tương Chất xúc tác có ảnh hưởng quyết định đến hiệu suất phản ứng etyl este hóa. Theo tài liệu tham khảo và kinh nghiệm nghiên cứu nghiên cứu sinh lựa chọn các chất xúc tác hóa học: KOH NaOH H2SO4 và xúc tác sinh học: các enzim cố định lipaza Lipozyme RM IM Lipozyme TL IM để khảo sát cho quá trình etyl este hóa các axit b o trong c n kh m i d u đậu tư ng. Kết quả khảo sát lựa chọn chất xúc tác và tỷ lệ chất xúc tác cho quá trình etyl este hoá được trình bày ở đồ thị 3.1 và 3.2. Đã lựa chọn được chất xúc tác là axit H2SO4 và tỷ lệ giữa axit H2SO4/ khối lượng c n kh m i d u đậu tư ng là 0 6%. 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 Hiệu suất etyl este (%) Tỷ lệ H 2 SO 4 0,4 0,6 0,8 1 Đồ thị 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ H2SO4 đến quá trình etyl este hóa 3.2.3. Nghiên cứu xác định các điều kiện thích hợp cho phản ứng etyl este hoá các axit béo trong cặn khử mùi dầu đậu tương Nghiên cứu sinh đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng etyl este hóa các axit b o trong c n kh m i d u đậu tư ng và đã xác định được chất xúc tác là H2SO4 với 0 6% (so với KL c n kh m i) và các đi u kiện công nghệ th ch hợp cho phản ứng này khi s dụng etanol v a là dung môi v a là chất tham gia phản ứng: Tỷ lệ etanol/các axit b o 20/1 (mol/mol); nhiệt độ phản ứng: 700C với thời gian là 80 phút. Qua quá trình etyl este hóa các axit béo trong cặn khử mùi dầu đậu tương và chưng cất phân đoạn chân không (với số đĩa lý thuyết 15 đĩa, áp suất chân không khoảng 5mbar) đã thu được sản phẩm etyl este của các axit béo có độ tinh khiết: 98,47% với hiệu suất thu nhận cho toàn bộ quá trình này là: 88,76%. 3.2.4. Nghiên cứu công nghệ chưng cất phân đoạn chân không các etyl este của các axit béo Sau phản ứng etyl este hoá các axit b o trong c n kh m i d u đậu tư ng hỗn hợp sản phẩm phản ứng trong etanol được đuổi kiệt dung môi trên thiết bị cô quay chân 12 100 98 Hàm lượng este (%) 96 94 92 Hiệu suất tách (%) Hàm lượng este (%) không. Sau đó hỗn hợp sản phẩm được h a tan trong etyl axetat rồi được r a b ng nước đến pH trung t nh để loại axit vô c . Tiếp đó làm khan hỗn hợp trong etyl axetat b ng Na2SO4 trong 2h lọc loại bỏ c n vô c và cô kiệt dung môi trên thiết bị cô chân không để thu được hỗn hợp sản phẩm. Tiếp đó c n tiến hành chưng cất phân đoạn chân không để thu nhận etyl este của các axit b o t hỗn hợp sản phẩm. Qua khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình chưng cất phân đoạn chân không đã xác định được số đĩa lý thuyết của cột tách phân đoạn ph hợp nhất là 15 đĩa. Áp suất chân không: 2-5 mbar (nhiệt độ chưng cất: 198 - 2250C) đảm bảo cho sản phẩm chất lượng tốt. 95 94 93 91 90 90 88 89 86 88 84 Hiệu suất tách (%) 92 87 0 15 30 Số đĩa lý thuyết Đồ thị 3.6. Ảnh hưởng của số đĩa lý thuyết đến quá trình chưng cất các etyl este của axit béo 2 5 10 Áp suất chân không Đồ thị 3.7. Ảnh hưởng của áp suất chân không đến quá trình chưng cất các etyl este của axit béo 3.2.5. Nghiên cứu công nghệ thuỷ phân hỗn hợp etyl este của các axit béo Hỗn hợp etyl este của các axit b o (sản phẩm của quá trình chưng cất phân đoạn chân không) được thủy phân bởi dung dịch NaOH 2N (trong etanol 70%) với các đi u kiện: tỷ lệ giữa dung dịch NaOH 2N/hỗn hợp etyl este là 0 9/1 (ml/g) nhiệt độ: 600C và thời gian: 45 phút. Sau khi thủy phân, trung h a lượng ki m dư (axit hóa) b ng dung dịch H2SO4 18% đến pH khoảng 4 - 5 sẽ thu được hỗn hợp axit b o tự do (99,5%). 3.3. Nghiên cứu công nghệ làm giàu hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6 S dụng phư ng pháp tạo phức với urê để làm giàu hỗn hợp axit b o omega 3 và omega 6 trong đó axit b o no và axit b o không no một nối đôi tạo phức b n với urê và kết tinh ở nhiệt độ thấp nên dễ dàng tách ra khỏi hỗn hợp axit b o đa nối đôi omega 3 và omega 6. Qua nghiên cứu các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình tạo phức đã xác định được các đi u kiện công nghệ của quá trình tạo phức: Dung môi: etanol 85%; Tỷ lệ urê/hỗn hợp axit b o: 2,4/1, tỷ lệ etanol 85%/hỗn hợp ax t b o: 8/1, nhiệt độ tạo phức: 50C, thời gian: 3h. Với các đi u kiện công nghệ tạo phức như vậy đã thu được sản phẩm hỗn hợp axit b o có hàm lượng axit b o omega 3 và omega 6 cao (khoảng 95%) với hiệu suất làm giàu đạt 74 72%. Hiệu suất thu nhận hỗn hợp axit b o omega 3 và omega 6 t c n kh m i d u đậu tư ng đạt 28 35% so với NL sau x lý. 3.4. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất hỗn hợp axít béo omega 3 và omega 6 từ cặn khử mùi dầu đậu tƣơng Qua toàn bộ các kết quả nghiên cứu ở mục 3.1 3.2 và 3.3 nghiên cứu sinh có thể đưa ra Quy trình công nghệ sản xuất hỗn hợp ax t b o omega 3 và omega 6 t c n kh m i d u đậu tư ng được thể hiện tại s đồ 3.1. 3.5. Nghiên cứu công nghệ tách phytosterol Sau khi chưng cất phân đoạn chân không tách etyl este của các axit b o ph n hỗn hợp c n lại ở bình chưng cất (hỗn hợp không etyl este hoá) chứa chủ yếu vitamin E và phytosterol. Ngoài ra c n một lượng nhỏ các axit b o ở dạng tự do ho c ở dạng liên kết hydro carbon phân t lượng cao (như triterpen) … Do vậy để thu nhận được sản phẩm vitamin E ở dạng tinh khiết trước hết c n phải tiến hành tách phytosterol ra khỏi 13 hỗn hợp. Ở nhiệt độ thấp phytosterol tồn tại ở dạng tinh thể và là chất dễ kết tinh trong khi đó vitamin E và các chất khác ở dạng lỏng và rất khó kết tinh ngay cả nhiệt độ 200C. Vì vậy phư ng pháp tách phytosterol đ n giản và hiệu quả nhất trong trường hợp này là phư ng pháp kết tinh lạnh. Để quá trình tách phytosterol đạt hiệu quả cao nhất c n lựa chọn được dung môi kết tinh tỷ lệ phytosterol thô/dung môi nhiệt độ kết tinh thời gian kết tinh và số l n kết tinh phytosterol th ch hợp. Cặn khử mùi dầu đậu tƣơng Xử lí nguyên liệu (làm khan) n-Hexan h a tan NL (tỷ lệ: 4/1 ml/g) làm khô b ng Na2SO4, 3h Etyl este hóa - Tỉ lệ etanol/phụ phẩm: 20/1 (mol/mol) - Thời gian: 80 phút nhiệt độ: 700C Ethanol thu hồi H2SO4, (0,6% so với NL) Cô thu hồi dung môi Loại axit vô cơ và nƣớc Chƣng cất phân đoạn chân không - Cột tách: 15 đĩa lý thuyêt - Áp suất: 5 mbar Nguyên liệu cho sản xuất VTM E và phytosterol Thủy phân hỗn hợp etyl este của các axit béo - Tỷ lệ NaOH 2N/etyl este: 0 9/1 - Nhiệt độ thủy phân: 600C - Thời gian thủy phân: 45 phút Làm giàu hỗn hợp axit béo -3 và -6 - Tỷ lệ urê/hỗn hợp axit b o: 2 4/1 - Tỷ lệ etanol 85%/ hỗn hợp axit b o: 8/1 - Nhiệt độ tạo phức: 50C thời gian: 3h Hỗn hợp axit béo omega 3 & omega 6 Sơ đồ 3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6 từ cặn khử mùi dầu đậu tương NaOH 2N trong etanol 70% H2SO4 18% etanol 70% Nguyên liệu cho sản xuất dầu ăn hoặc biodiesel 14 Hiệu suất kết tinh (%) Hiệu suất kết tinh (%) 3.5.1. Nghiên cứu lựa chọn dung môi kết tinh phytosterol Dung môi kết tinh đóng vai tr rất quan trọng trong quá trình kết tinh phytosterol. Tiến hành khảo sát kết tinh phytosterol với các dung môi: metanol, etanol, axeton, nhexan và ete petrol. T kết quả thu được đã lựa chọn etanol là dung môi th ch hợp nhất cho qua trình kết tinh phytosterol 3.5.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/hỗn hợp sản phẩm và nhiệt độ kết tinh đến quá trình tách phytosterol 84 82 80 Hiệu suất kết tinh (%) 78 76 90 80 70 60 Hiệu suất kết tinh (%) 50 40 30 20 74 72 1,5/1 2,0/1 2,5/1 10 Tỷ lệ DM/ hỗn hợp SP 70 3,0/1 0 0 Đồ thị 3.13. Ảnh hưởng của tỷ lệ DM/hỗn hợp SP đến quá trình tách Phytosterol 5 10 15 Nhiệt độ (oC) Đồ thị 3.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ kết tinh đến quá trình tách Phytosterol 88 87 86 Hiệu suất kết tinh (%) 85 84 Hiệu suất kết tinh (%) Hiệu suất kết tinh (%) T các kết quả thu được, nghiên cứu sinh lựa chọn tỷ lệ etanol/hỗn hợp sản phẩm ở mức 2/1 và nhiệt độ kết tinh phytosterol là 50C. 3.5.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian kết tinh và số lần kết tinh đến quá trình tách phytosterol 92 91 90 Hiệu suất kết tinh (%) 89 88 83 87 82 86 81 80 10 11 12 13 Thời gian kết tinh (h) Đồ thị 3.15. Ảnh hưởng của thời gian kết tinh đến hiệu suất kết tinh Phytosterol 85 1 2 3 Số lần kết tinh Đồ thị 3.16. Ảnh hưởng của số lần kết tinh đến quá trình tách Phytosterol Đã lựa chọn được thời gian kết tinh phytosterol là 12h và số l n kết tinh là 2 l n. Tinh thể phytosterol thu được trong quá trình kết tinh được r a hai l n b ng etanol lạnh (0 - 50C) rồi đem sấy ở nhiệt độ 800C sẽ thu được tinh thể phytosterol xốp trắng có độ tinh khiết h n 96%. 3.6. Nghiên cứu công nghệ tinh chế vitamin E Sau khi tách phytosterol thu được hỗn hợp sản phẩm có chứa khoảng 40% vitamin E có thể gọi hỗn hợp sản phẩm đó là vitamin E thô. Các tạp chất (không phải vitamin E) c n lại là một lượng nhỏ các axit b o tự do ho c ở dạng este, phytosterol chưa thể tách ra các hợp chất hydrocarbon phân t lượng cao như triterpen sáp… mà trong đó có một hợp chất rất có giá trị trong mỹ phẩm là squalene (một loại triterpen). Theo các tài liệu tham khảo cho biết trường hợp khó tách nhất là các chất trên kết hợp với nhau thành t ng c p như: tocopherol-squalene, tocopherol-axit b o tocopherol-sterol, sterolsqualene... Ch nh vì vậy nghiên cứu sinh đã không thành công khi cố gắng tách các hợp chất này b ng phư ng pháp chưng cất phân đoạn ngay cả khi áp suất chân không < 1mbar. Nghiên cứu sinh chuyển sang th nghiệm tách chúng b ng phư ng pháp tr ch ly lỏng - lỏng với hệ dung môi chọn lọc kết hợp với phư ng pháp kết tinh lạnh. 3.6.1. Tinh chế vitamin E bằng phương pháp trích ly lỏng - lỏng với hệ dung môi chọn lọc 3.6.1.1. Nghiên cứu lựa chọn hệ dung môi và tỷ lệ dung môi/vitamin E thô tinh chế vitamin E 15 Hàm lượng Vit.E sau trích ly (%) Hàm lượng Vitamin E (%) Dựa vào bản chất của các chất c n tách ra như triterpen axit b o … và t kết quả các th nghiệm thăm d nghiên cứu sinh lựa chọn một số hệ dung môi cho việc tinh chế vitamin E thô b ng tr ch ly lỏng - lỏng. Đó là: etanol : n-butanol (9:1); etanol : etyl axetat (9:1); etanol: aceton (9:1); Etanol : nước (9 5:0 5); etanol : nước (9:1) và etanol: nước (8 5:1 5). Kết quả cho thấy hệ dung môi etanol : nước (9:1) hay thường gọi etanol 90% cho hiệu quả tách tạp chất cao nhất. 56 55 54 53 52 Hàm lượng Vit. E sau trích ly (%) 51 50 60 50 40 Hàm lượng Vit. E sau trích ly (%) 30 20 49 48 10 47 46 EtOH:nbutanol (9:1) EtOH:etyl axetat (9:1) EtOH:axeton EtOH:nước (9:1) (9,5:0,5) EtOH:nước (9:1) Tỷ lệ DM/ Vit. E 0 Hệ dung môi EtOH:nước (8,5:1,5) 1/1 1,5/1 2/1 2,5/1 Đồ thị 3.18. Kết quả lựa chọn tỷ lệ dung môi / vitamin E thô Đồ thị 3.17. Kết quả lựa chọn hệ DM cho tinh chế Vitamin E Hàm lượng Vit. E sau trích ly (%) 68 66 64 Hàm lượng Vitamin E sau trích ly (%) 62 60 58 56 Độ tinh khiết Vitamin E (%) T kết quả thu được, đã lựa chọn tỷ lệ dung môi/vitamin E thô th ch hợp nhất là 2/1. 3.6.1.2. Nghiên cứu xác định số lần trích ly thích hợp Để nâng cao hàm lượng vitamin E hay hiệu suất tách tạp chất c n tiếp tục tr ch ly vấn đ đ t ra là c n xác định được số l n tr ch ly th ch hợp cho hiệu quả tinh chế vitamin E cao nhất. Sau khi tr ch ly l n 1 tiếp tục tr ch ly thêm 2 l n nữa với tỷ lệ dung môi/vitamin E thô là 1/1. Kết quả cho thấy tr ch ly l n 3 không có hiệu quả Do vậy chỉ nên tiến hành tr ch ly thêm l n 2 là hợp lý. 3.6.2. Nghiên cứu xác định nhiệt độ kết tinh lạnh Sau khi tiến hành tr ch ly l n 2 vitamin E thô b ng etanol 90% trong lớp dung dịch etanol xuất hiện những hạt tinh thể màu trắng chứng tỏ lượng nhỏ phytosterol c n xót lại trong vitamin E thô tiếp tục kết tinh ở nhiệt độ - 150C để thu tinh thể phytosterol 68,5 68 Độ tinh khiết của VTM E sau kết tinh (%) 67,5 67 66,5 66 65,5 54 65 52 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Số lần trích ly Đồ thị 3.19. Kết quả xác định số lần trích ly thích hợp -5 -10 -15 -20 Nhiệt độ (oC) Đồ thị 3.20. Kết quả xác định nhiệt độ kết tinh lạnh Phytosterol Như vậy tinh chế vitamin E thô b ng phư ng pháp tr ch ly lỏng-lỏng với hệ dung môi chọn lọc (etanol 90%) kết hợp với phư ng pháp kết tinh lạnh (-150C) chỉ nâng được độ tinh khiết của sản phẩm đạt khoảng 67 - 68%. Theo các công trình trên thế giới đã được công bố trong tài liệu tham khảo cho biết để thu được vitamin E có độ tinh khiết cao (> 90%) nhất thiết phải tinh chế b ng phư ng pháp sắc ký hấp phụ (adsorption chromatography) hay sắc ký cột (column chromatography). Do vậy nghiên cứu sinh tiến hành giai đoạn cuối c ng của việc tinh chế vitamin E là quá trình tách b ng sắc ký cột silicagel (0,063 - 0,200 m). Vấn đ đ t ra là phải lựa chọn được hệ dung môi r a giải th ch hợp sao cho hiệu suất thu nhận và độ tinh khiết của sản phẩm vitamin E đạt yêu c u đ t ra. 3.6.3. Nghiên cứu lựa chọn hệ dung môi rửa giải cho quá trình tinh chế viatamin E bằng phương pháp sắc ký cột 16 Dung môi r a giải đóng vai tr rất quan trọng trong quá trình phân lập các hợp chất hữu c b ng phư ng pháp sắc ký cột. T y thuộc vào t nh h a tan và phân bố của chất c n tách và các chất khác có trong hỗn hợp để lựa chọn dung môi ho c hệ dung môi r a giải th ch hợp (sắc ký bản mỏng (TLC) là công cụ hữu hiệu trong việc lựa chọn dung môi r a giải). Qua kết quả các th nghiệm trên TLC nghiên cứu sinh đã lựa chọn được một số hệ dung môi r a giải cho việc khảo sát tinh chế vitamin E b ng sắc ký cột nhồi silica gel (0,063 - 0,200 m). Quá trình tách vitamin E trên sắc ký cột được được kiểm tra liên tục b ng TLC để t đó biết được thời điểm ban đ u và thời điểm kết thúc của quá trình tách vitamin E. HDM 1: n-Hexan : etyl acetat : etanol : 8 : 1: 1 HDM 5: n-Hexan : etanol: 9 : 1 HDM 2: n-Hexan : dietyl ete : etanol: 8 : 1 : 1 HDM 6: n-Hexan : dietyl ete: 9 : 1 HDM 3: n-Hexan : etyl acetat : 9 : 1 HDM 7: n-Hexan : dietyl ete: 8 : 2 HDM 4: n-Hexan : etanol: 8 : 2 T kết quả kiểm tra cho thấy quá trình tách vitamin E trên sắc ký cột nhồi silicagel (0,063 - 0,200 m) (đối với cả 7 hệ dung môi r a giải trên) có thể chia ra thành 3 phân đoạn ch nh (hình 3.1): - Phân đoạn 1: chứa chủ yếu là các hợp chất hydrocarbon cao phân t (độ phân cực thấp so với các chất có trong hỗn hợp sản phẩm) - Phân đoạn 2: đây là phân đoạn ch nh chứa chủ yếu là vitamin E - Phân đoạn 3: chứa chủ yếu là phytosterol Hình 3.1. TLC lựa chọn hệ dung môi rửa giải cho tinh chế vitamin E Sau đó các phân đoạn được cô kiệt dung môi phân đoạn 2 được đem cân và phân t ch xác định hàm lượng vitamin E (HPLC). T kết quả thu được (bảng 3.31) cho thấy hệ dung môi n-hexan : etanol: 9 : 1 cho hiệu suất tinh chế cao nhất (88 76%) và sản phẩm có độ tinh khiết cao nhất (90 86%) nên được xem là hệ dung môi r a giải th ch hợp nhất để tinh chế vitamin E. Bảng 3.31. Kết quả lựa chọn hệ dung môi rửa giải tinh chế vitamin E bằng sắc ký cột T Hệ DM Hiệu suất Độ tinh Thành phần VTM E (tocopherol) T rửa giải tinh chế khiết VTM Dạng Dạng - Dạng - Dạng (%) E, % 1 HDM 1 83,46 85,52 67,79 1,36 28,79 2,08 2 HDM 2 84,69 87,65 67,87 1,37 28,76 2,05 3 HDM 3 80,93 81,38 67,79 1,37 28,90 2,02 4 HDM 4 88,07 90,13 67,95 1,39 28,63 2,06 5 HDM 5 88,76 90,86 68,06 1,37 28,58 2,05 6 HDM 6 87,12 89,71 68,09 1,36 28,52 2,04 7 HDM 7 86,85 89,44 68,03 1,38 28,56 2,07 Tóm lại s dụng phư ng pháp kết hợp tr ch ly lỏng – lỏng (với etanol 90%) kết tinh lạnh (-150C) và sắc ký cột silica gel (với hệ dung môi r a giải: n-hexan/etanol: 9/1) nghiên cứu sinh đã thành công trong việc thu nhận vitamin E t c n kh m i d u đậu 17 tư ng có độ tinh khiết đạt 90 86% và hiệu suất thu nhận cho toàn bộ quá trình nhi u công đoạn là: 6 54% so với khối lượng c n kh m i d u đậu tư ng đã tinh chế hay 71,08% so với lượng vitamin E có trong nguyên liệu. Đây là phư ng pháp kết hợp nhi u công đoạn khá công phu đ i hỏi sự tìm t i và sáng tạo mà chưa có công trình nào công bố một cách cụ thể. 3.7. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất phytosterol và vitamin E từ cặn khử mùi dầu đậu tương Quy trình công nghệ sản xuất phytosterol và vitamin E t c n kh m i d u đậu tư ng được thể hiện tại s đồ 3.2. Cặn khử mùi dầu đậu tƣơng Xử lí nguyên liệu Etyl este hóa Cô thu hồi dung môi Các etyl este của các axit béo Chƣng cất phân đoạn chân không - Cột tách: 15 đĩa lý thuyêt - Áp suất : 5 mbar Tách phytosterol - Tỷ lệ etanol/hỗn hợp SP: 2/1 - Nhiệt độ kết tinh: 50C - Thời gian kết tinh: 12h - Số l n kết tinh: 2 l n Các loại phụ phẩm Trích ly lỏng – lỏng với etanol 90% (Tr ch ly 2l n; Tỉ lệ DM/VTM E thô: 2/1 và 1/1) CÔNG ĐOẠN Kết tinh lạnh trong etanol 90% (Nhiệt độ kết tinh: - 150C; Thời gian: 6h) TINH CHẾ VTM E Tách vitamin E bằng sắc ký cột silicagel - K ch thước hạt: 0 063 - 0,200 m); - Hệ DM r a giải: n-Hexan/etanol: 9/1 Sản phẩm phytosterol Sản phẩm vitamin E Sơ đồ 3.2. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất phytosterol và vitamin E từ cặn khử mùi dầu đậu tương 18 3.8. Nghiên cứu phân tích và đánh giá chất lƣợng các sản phẩm 3.8.1. Phân tích và đánh giá chất lượng sản phẩm hỗn hợp axít béo omega 3 và omega 6 Bảng 3.32. Kết quả phân tích các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý và an toàn thực phẩm của sản phẩm hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6 TT Chỉ tiêu Đơn vị tính Phƣơng pháp thử Kết quả 1 Trạng thái TCVN 8460:2010 Dạng lỏng 2 Màu sắc TCVN 8460:2010 Màu vàng trong 3 Độ ẩm % DĐVN IV 4–2009 0,20 4 Chỉ số peroxyt meqO2/kg TCVN 6127:2010 0,45 5 Dư lượng urê 28 TCN 184 : 2003 KPH 6 Hàm lượng Pb ppm AOAC 999.11 0,56 7 Hàm lượng As ppm AOAC 986.15 KPH 8 Hàm lượng Cd ppm AOAC 999.11 0,007 9 Hàm lượng Hg ppm AOAC 971.21 KPH 10 TSVSVHK CFU/g TCVN 4884:2005 KPH 11 Coliforms MPN/g TCVN 6187-2:1996 KPH 12 E. coli MPN/g TCVN 6187-2:1996 KPH 13 TSTBNM-M CFU/g TCVN 8275:2010 KPH Ghi chú: KPH: Không phát hiện Bảng 3.33. Kết quả phân tích thành phần axit béo của sản phẩm hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6 Hàm lƣợng so với tổng lƣợng axit béo, % Trong sản phẩm (hỗn hợp T Trong nguyên liệu (c n Tên axít béo T các axit b o omega 3 và kh m i d u đậu tư ng) omega 6) 2 Palmitic (C16:0) 9,95 0,28 3 Stearic (C18:0) 3,15 4 Oleic (C18:1) 25,52 4,67 5 Vaccenic (C18:1) 1,71 6 Linoleic (C18:2) 52,92 85,97 7 Linolenic (C18:3) 5,15 9,08 8 Eicosenoic (C20:1) 0,42 Hàm lƣợng axit béo omega 3 và omega 6 omega 3 & 58,07 95,05 omega 6 Theo kết quả phân t ch thu được cho thấy sản phẩm hỗn hợp axit b o omega 3 và omega 6 có màu sắc tự nhiên các chỉ số đánh giá chất lượng an toàn thực phẩm đ u đáp ứng các yêu c u cho sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm. Đ c biệt t bảng 3.33 có thể thấy rõ sự hiệu quả của quá trình làm giàu axit omega 3 & omega 6 trong hỗn hợp axit b o b ng phư ng pháp tạo phức với urê. Với hàm lượng các axit b o omega 3 và omega 6 omega 3 & omega 6 rất cao (khoảng 95% so với tổng lượng các axit b o) sản phẩm hỗn hợp axit b o omega 3 và omega 6 của luận án hoàn toàn có thể s dụng trực tiếp như là thực phẩm chức năng và dược phẩm (hàm lượng axit omega 3 & omega 6 >90%). 19 3.8.2. Phân tích và đánh giá chất lượng sản phẩm vitamin E Bảng 3.34. Kết quả phân tích các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý và an toàn thực phẩm của sản phẩm vitamin E TT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Phƣơng pháp thử Kết quả 1 Trang thái TCVN 8460:2010 Dạng lỏng 2 Màu sắc TCVN 8460:2010 màu vàng sáng 3 Độ ẩm % DĐVN IV 4–2009 0,25 4 Chỉ số axit mgKOH/g TCVN 6127:2010 0,5 5 Hàm lượng Pb ppm AOAC 999.11 0,56 6 Hàm lượng As ppm AOAC 986.15 KPH 7 Hàm lượng Cd ppm AOAC 999.11 0,006 8 Hàm lượng Hg ppm AOAC 971.21 KPH 9 TSVSVHK CFU/g TCVN 4884:2005 KPH 10 Coliforms MPN/g TCVN 6187-2:1996 KPH 11 E. coli MPN/g TCVN 6187-2:1996 KPH 12 Salmonella CFU/25g TCVN 4829:2005 KPH 13 TSTBNM-M CFU/g TCVN 8275:2010 KPH Bảng 3.35. Kết quả phân tích hàm lượng và thành phần tocopherol Hàm lƣợng so với tổng các dạng tocopherol Hàm lƣợng Dạng (%) TT trong sản tocopherol phẩm (%) Trong sản phẩm Trong NL cặn khử mùi 1 61,84 68,06 22,54 -Tocopherol 2 1,24 1,37 1,36 -Tocopherol 3 25,91 28,52 59,37 -Tocopherol 4 1,87 2,05 16,73 -Tocopherol 5 Độ tinh khiết 90,86 100 100 Hình 3.2. Sắc ký đồ phân tích sản phẩm vitamin E T các kết quả phân t ch cho thấy sản phẩm vitamin E tự nhiên là chất lỏng trong suốt có màu vàng sáng các chỉ số đánh giá chất lượng an toàn thực phẩm đạt tiêu chuẩn dược điển nên đ u đáp ứng các yêu c u cho sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm. Với độ tinh khiết > 90% sản phẩm vitamin E không chỉ hoàn toàn có thể s dụng làm nguyên liệu hay chất bảo quản trong sản xuất thực phẩm thực phẩm chức năng mà c n có thể s dụng làm nguyên liệu cho sản xuất dược phẩm. 20 3.8.3. Phân tích và đánh giá chất lượng sản phẩm phytosterol Bảng 3.36. Kết quả phân tích các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý và an toàn thực phẩm của sản phẩm phytosterol TT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Phƣơng pháp thử Kết quả 1 Trang thái TCVN 8460:2010 Tinh thể mịn 2 Màu sắc TCVN 8460:2010 Màu trắng 3 Độ ẩm % DĐVN IV 4–2009 2,15 4 Hàm lượng Pb ppm AOAC 999.11 0,56 5 Hàm lượng As ppm AOAC 986.15 KPH 6 Hàm lượng Cd ppm AOAC 999.11 0,005 7 Hàm lượng Hg ppm AOAC 971.21 KPH 8 TSVSVHK CFU/g TCVN 4884:2005 KPH 9 Coliforms MPN/g TCVN 6187-2:1996 KPH 10 E. coli MPN/g TCVN 6187-2:1996 KPH 11 Salmonella CFU/25g TCVN 4829:2005 KPH 12 TSTBNM-M CFU/g TCVN 8275:2010 KPH T T 1 2 3 4 Bảng 3.37. Kết quả phân tích hàm lượng và thành phần phytosterol Hàm lƣợng Hàm lƣợng so với tổng các dạng phytosterol (%) Dạng trong sản Trong sản phẩm Trong NL cặn khử mùi phytosterol phẩm (%) β-sitosterol Stigmasterol Campesterol Độ tinh khiết 47,54 24,86 23,89 96,29 49,37 25,82 24,81 100 49,35 25,81 24,84 100 beta-sitosterol Stigmasterol Campesterol Hình 3.3. Sắc ký đồ phân tích sản phẩm phytosterol Theo các kết quả phân t ch thu được ở bảng 3.36 và bảng 3.37 cho thấy sản phẩm phytosterol là tinh thể min màu trắng có các chỉ số đánh giá chất lượng an toàn thực phẩm đ u đáp ứng các yêu c u cho sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm. Với độ tinh khiết > 96% sản phẩm phytosterol hoàn toàn có thể s dụng làm nguyên liệu cho sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm. Kết quả phân t ch các dạng phytosterol thành ph n cho thấy sản phẩm phytosterol t c n kh m i d u đậu tư ng có 03 phytosterol thành ph n là: beta-sitosterol (49,37%), stigmasterol (25,82%) và campesterol (24 81% so với tổng các phytosterol thành ph n