Tài liệu Nghiên cứu tổng hợp dầu diesel sinh học từ bã cà phê phế thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẦU DIESEL SINH HỌC TỪ BÃ CÀ PHÊ PHẾ THẢI CÁN BỘ HƢỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN TS. Bùi Thị Bửu Huê Bùi Liên Khoa MSSV: 3077158 Ngành: Hóa Học K33 Tháng 5 - 2011 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN Độc lập-Tự do-Hạnh phúc BỘ MÔN HÓA HỌC  Cần Thơ, ngày tháng năm 2011 PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CHO SINH VIÊN NĂM HỌC 2010 – 2011 1. Cán bộ hƣớng dẫn: Ts. Bùi Thị Bửu Huê. 2. Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẦU DIESEL SINH HỌC TỪ BÃ CÀ PHÊ 3. Địa điểm thực hiện: phòng thí nghiệm hữu cơ chuyên sâu – Khoa Khoa Học Tự Nhiên – Trƣờng Đại Học Cần Thơ. 4. Số lƣợng sinh viên thực hiện: 1 5. Họ và tên sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa (MSSV: 3077158). 6. Mục đích yêu cầu: Nghiêu cứu qui trình tổng hợp biodiesel từ bã cà phê ở quy mô phòng thí nghiệm. 7. Nội dung chính và giới hạn của đề tài: Đề tài gồm 4 phần: Chƣơng 1: TỔNG QUAN Chƣơng 2: PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM Chƣơng 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 8. Các yêu cầu hổ trợ: Trang thiết bị, dụng cụ thí nghiệm và kinh phí để thực hiện đề tài. 9. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: 800.000 đồng. Sinh viên đề nghị (Ký tên và ghi rõ họ tên) Bùi Liên Khoa Ý kiến của bộ môn Ý kiến của cán bộ hƣớng dẫn Ts. Bùi Thị Bửu Huê Trƣờng Đại Học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Khoa Học Tự Nhiên Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc Bộ Môn Hóa Học  Cần Thơ, ngày tháng năm 2011 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1. Cán bộ hƣớng dẫn: Ts. Bùi Thị Bửu Huê 2. Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẦU DIESEL SINH HỌC TỪ BÃ CÀ PHÊ PHẾ THẢI 3. Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa (MSSV: 3077158). 4. Lớp: Cử Nhân Hóa Học K33. 5. Nội dung nhận xét: a. Nhận xét về hình thức của luận văn tốt nghiệp: ..................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... b. Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ): ...... ........................................................................................................................................... ...........................................................................................................................................  Những vấn đề còn hạn chế: .................................................................................. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... c. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài: ............................................................. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... d. Kết luận đề nghị và điểm: ......................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Cần Thơ, ngày tháng năm 2011 Cán bộ chấm hƣớng dẫn Ts. Bùi Thị Bửu Huê Trƣờng Đại Học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Khoa Học Tự Nhiên Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc Bộ Môn Hóa Học  Cần Thơ, ngày tháng năm 2011 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1. Cán bộ hƣớng dẫn: Ts. Bùi Thị Bửu Huê 2. Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẦU DIESEL SINH HỌC TỪ BÃ CÀ PHÊ PHẾ THẢI 3. Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa (MSSV: 3077158). 4. Lớp: Cử Nhân Hóa Học K33. 5. Nội dung nhận xét: a. Nhận xét về hình thức của luận văn tốt nghiệp: ..................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... b. Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ): ...... ........................................................................................................................................... ...........................................................................................................................................  Những vấn đề còn hạn chế: .................................................................................. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... c. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài: ............................................................. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... d. Kết luận đề nghị và điểm: ......................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Cần Thơ, ngày tháng năm 2011 Cán bộ chấm phản biện LỜI CAM ĐOAN Tất cả những dữ liệu và số liệu sử dụng trong nội dung bài luận văn đƣợc tôi tham khảo nhiều nguồn khác nhau và đƣợc ghi nhận từ những kết quả thí nghiệm mà tôi tiến hành. Tôi xin cam đoan về sự tồn tại và tính trung thực khi sử dụng những dữ liệu và số liệu này. Bùi Liên Khoa LỜI CẢM ƠN  Sau hơn ba tháng thực hiện luận văn tốt nghiệp, em đã học hỏi đƣợc nhiều kiến thức quý báu về lĩnh vực mà em nghiên cứu. Để hoàn thành luận văn chính là nhờ những điều bổ ích mà Thầy Cô đã truyền đạt cho em trong suốt những năm tháng Đại học và đó là nền tảng tri thức để em tự tin bƣớc vào đời. Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô của Trƣờng Đại Học Cần Thơ nói chung và Thầy Cô Khoa Khoa Học Tự Nhiên nói riêng. Đặc biệt em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Cô Bùi Thị Bửu Huê, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn trong từng chặn đƣờng nghiên cứu thực hiện đề tài. Em cũng gửi lời cảm ơn đến bạn bè và gia đình đã giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện cho em về tinh thần lẫn vật chất để em hoàn thành luận văn này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả mọi ngƣời. Cần Thơ, ngày tháng năm 2011 Bùi Liên Khoa LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP̣ Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê GIỚI THIỆU Hiện nay, thế giới đã và đang phải đối mặt với hai vấn đề lớn là hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng do lƣợng rác thải khá lớn và tình trạng khan hiếm nguồn nhiên liệu dầu mỏ. Chính vì vậy, vấn đề đƣợc đặt ra là nghiên cứu tận dụng nguồn rác thải để sản xuất ra nhiên liệu sinh học thay thế cho nguồn nhiên liệu truyền thống. Nhìn về thực trạng nguồn năng lƣợng tiêu thụ trên thế giới ngày nay thì dầu thô và khí tự nhiên là nguồn năng lƣợng quan trọng nhất. Các nguồn tài nguyên này có giới hạn và không tái tạo đƣợc. Nếu các nguồn này đƣợc sử dụng với mức độ hiện nay thì khả năng thiếu hụt nguồn nguyên liệu có thể xảy ra. Hơn nữa, việc sử dụng rộng rãi nhiên liệu dầu mỏ gây ra vấn đề ô nhiễm môi trƣờng. Do đó, đã có sự quan tâm đến một số nguồn năng lƣợng thay thế, trong đó diesel sinh học là một trong những nhiên liệu thay thế khá tốt và thân thiện với môi trƣờng. Tuy nhiên, các nghiên cứu tổng hợp diesel sinh học hiện nay chủ yếu từ các nguồn nguyên liệu dầu mỡ động thực vật nhƣng chƣa đề cập nhiều về dầu béo từ bã cà phê, một nguồn nguyên liệu phế thải khá dồi dào và rẻ tiền. Hàng năm, thế giới sản xuất hơn 2,72 tỉ Kg cà phê. Các nhà khoa học ƣớc tính rằng, từ bã cà phê đã qua sử dụng này có thể tổng hợp đƣợc khoảng 1287 triệu lít dầu diesel sinh học đóng góp vào nguồn nhiên liệu của thế giới. Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa i LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP̣ Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê MỤC LỤC CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................................... 1 I LIPID ......................................................................................................................... 1 I.1 Khái niệm về lipid ............................................................................................... 1 I.2 Phân loại về lipid ................................................................................................. 2 I.2.1 Dựa vào phản ứng xà phòng hóa…………………………………………..2 I.2.2 Dựa vào độ hòa tan………………………………………………………...2 I.2.3 Dựa vào thành phần cấu tạo………………………………………………..2 I.3 Chức năng của lipid ............................................................................................. 3 I.4 Tính chất chung của lipid .................................................................................... 3 I.4.1 Tính chất vật lý…………………………………………………………….3 I.4.2 Tính chất hóa học………………………………………………………….4 II CÁC PHƢƠNG PHÁP THU LẤY DẦU BÉO TRONG BÃ CÀ PHÊ ................... 6 II.1 Tách chiết bằng dung môi hữu cơ ...................................................................... 6 II.2 Tách chiết bằng CO2 lỏng siêu tới hạn .............................................................. 7 II.3 Tách chiết bằng enzyme ..................................................................................... 7 II.4 Ép bằng máy....................................................................................................... 7 III BIODIESEL ............................................................................................................ 8 III.1 Nhiên liệu diesel ............................................................................................... 8 III.2 Sơ lƣợc về biodiesel.......................................................................................... 8 III.2.1 Khái niệm………………………………………………………………...8 III.2.2 Lịch sử hình thành và phát triển của biodiesel………………………….10 III.2.3 Tình hình sử dụng biodiesel trên thế giới và Việt Nam………..……….10 III.3 Các chỉ tiêu hóa lý của biodiesel .................................................................... 11 III.3.1 Độ nhớt………………………………………………………………….11 III.3.2 Chỉ số pH………………………………………………………………..11 III.3.3 Tro sulfate……………………………………………………………….11 III.3.4 Lƣu huỳnh………………………………,,,…………………………….11 III.3.5 Trị số cetane……………………………...……………………………..12 III.3.6 Chỉ số acid………………...…………………………………………….12 III.3.7 Glycerol tự do…………………………………………………………...12 Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa ii LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP̣ Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê III.3.8 Glycerol tổng…………………………………………………………....12 III.3.9 Hàm lƣợng tro phosphorus……,,,………………………………………12 III.3.10 Hàm lƣợng nƣớc lẫn vào nhiên liệu…...………………………………13 III.4 Những ƣu, nhƣợc điểm của biodiesel ............................................................ 13 III.4.1 Những ƣu điểm khi sử dụng biodiesel cho động cơ diesel…...………...13 III.4.1.1 Về mặt môi trƣờng…………………………………………………13 III.4.1.2 Về mặt kỹ thuật…….………………………………………………14 III.4.2 Nhƣợc điểm của biodiesel………………………….…………………..15 III.5 Các phƣơng pháp hóa học sử dụng trong tổng hợp biodiesel ........................ 15 III.5.1 Phản ứng transester hóa lipid………………………….………………..15 III.5.1.1 Các phƣơng pháp thực hiện phản ứng transester hóa lipid…………16 III.5.1.2 Xúc tác sử dụng trong phản ứng transester hóa……………………16 III.5.2 Phản ứng ester hóa acid carboxylic……………………….19 III.6 Tổng hợp biodiesel dựa trên phản ứng transester hóa có sử dụng xúc tác kiềm ................................................................................................................................ 21 III.6.1 Đối với dầu thực vật hoặc mỡ động vật có hàm lƣợng acid tự do thấp...........................................................................…………………………….21 III.6.2 Đối với dầu thực vật hoặc mỡ động vật có hàm lƣợng acid béo tự do cao…………………………………………….…………………………………22 III.7 Tiềm năng sản xuất biodiesel từ bã cà phê ..................................................... 23 CHƢƠNG 2 PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................... 24 I NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................................... 24 II PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ........................................................................... 24 II.1 Thiết bị và dụng cụ........................................................................................... 24 II.2 Hóa chất ........................................................................................................... 24 II.3 Nguyên liệu ...................................................................................................... 25 III PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................................................... 25 III.1 Phƣơng pháp ly trích dầu béo từ bã cà phê..................................................... 25 III.1.1 Phƣơng pháp chiết soxhlet ....................................................................... 25 III.1.2 Phƣơng pháp ngâm dầm ........................................................................... 25 III.2 Xác định các chỉ số hóa lý của dầu béo trích ly từ bã cà phê phế thải ........... 26 Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa iii LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP̣ Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê III.2.1 Xác định độ ẩm bã cà phê và hàm lƣợng chất bay hơi............................. 26 III.2.1.1 Nguyên tắc………………………………………………………….26 III.2.1.2 Tiến hành…………………………………………...………………26 III.2.1.3 Tính kết quả…………………………………………...……………26 III.2.2 Chỉ số acid (IA) ........................................................................................ 26 III.2.2.1 Ý nghĩa………………………………………………………….…..26 III.2.2.2 Nguyên tắc………………………………………………………….26 III.2.2.3 Tiến hành……………………………………………………….…..26 III.2.2.4 Tính kết quả………………………………………………….……..27 III.3 Tổng hợp biodiesel từ dầu béo của bã cà phê phế thải ................................... 27 CHƢƠNG 3 THỰC NGHIỆM………………………………………………………..29 I Giai đoạn ester hóa .................................................................................................. 29 I.1 Cách bố trí thí nghiệm: ...................................................................................... 30 I.2 Tiến trình thực hiện ........................................................................................... 30 I.3 Tiến trình rửa ..................................................................................................... 30 II Giai đoạn transester hóa ......................................................................................... 31 II.1 Cách bố trí thí nghiệm ...................................................................................... 31 II.2 Tiến trình thực hiện .......................................................................................... 31 II.3 Tiến hành phản ứng.......................................................................................... 31 II.4 Tiến trình rửa.................................................................................................... 32 III Tiến trình làm khô sản phẩm................................................................................. 32 IV Đánh giá chất lƣợng sản phẩm biodiesel .............................................................. 32 CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ - THẢO LUẬN ...................................................................... 33 I CÁC CHỈ SỐ HÓA LÝ ........................................................................................... 33 I.1 Độ ẩm của bã cà phê phế thải và hàm lƣợng chất bay hơi ................................ 33 I.2 Hiệu suất ly trích dầu béo từ bã cà phê phế thải................................................ 33 I.2.1 Phƣơng pháp ngâm dầm………….………………………………….…33 I.2.2 Phƣơng pháp trích soxhlet…….………………………………………33 I.2.3 Nhận xét………….……………………………………………….…….33 I.3 Chỉ số acid của dầu béo ..................................................................................... 34 II QUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ BIODIESEL TỪ BÃ CÀ PHÊ..................................... 34 Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa iv LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP̣ Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê II.1 Phản ứng ester hóa ........................................................................................... 34 II.1.1 Ảnh hƣởng của lƣợng methanol………………………………..……..34 II.1.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng…………………………………….36 II.1.3 Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng……………………………………37 II.1.4 Ảnh hƣởng lƣợng acid H2SO4................................................................39 II.1.5 Điều kiện tối ƣu của giai đoạn ester hóa…………………...………….40 II.2 Phản ứng transester hóa ................................................................................... 41 II.2.1 Ảnh hƣởng của lƣợng methanol……………….……………………...41 II.2.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng…………….……………………...43 II.2.3 Ảnh hƣởng của thời gian……………………………………………...44 II.2.4 Ảnh hƣởng lƣợng xúc tác KOH……………………………………….46 II.2.5 Điều kiện tối ƣu của giai đoạn transester hóa……..…………………..48 II.3 Đánh giá chất lƣợng sản phẩm biodiesel điều chế đƣợc .................................. 49 CHƢƠNG 4 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ..................................................................... 51 I KẾT LUẬN.............................................................................................................. 51 II KIẾN NGHỊ............................................................................................................ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 52 Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa v LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP̣ Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê MỤC LỤC CÁC BIỂU BẢNG Bảng 1 So sánh một số chỉ tiêu giữa biodiesel (RME) và diesel .................................... 9 Bảng 2 Các yếu tố cố định ............................................................................................ 35 Bảng 3 Ảnh hƣởng lƣợng methanol đến chỉ số acid ..................................................... 35 Bảng 4 Các yếu tố cố định ............................................................................................. 36 Bảng 5 Ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng đến chỉ số acid ........................................... 37 Bảng 6 Các yếu tố cố định ............................................................................................ 38 Bảng 7 Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng đến chỉ số acid .......................................... 38 Bảng 8 Các yếu tố cố định ............................................................................................. 39 Bảng 9 Ảnh hƣởng của lƣợng xúc tác H2SO4 đến chỉ số acid ...................................... 40 Bảng 10 Các yếu tố cố định ........................................................................................... 41 Bảng 11 Ảnh hƣởng lƣợng methanol đến chỉ số acid và hiệu suất của sản phẩm biodiesel ......................................................................................................................... 42 Bảng 12 Các yếu tố cố định .......................................................................................... 43 Bảng 13 Ảnh hƣởng nhiệt độ phản ứng đến chỉ số acid và hiệu suất của sản phẩm biodiesel ......................................................................................................................... 43 Bảng 14 Các yếu tố cố định ........................................................................................... 45 Bảng 15 Ảnh hƣởng thời gian phản ứng đến chỉ số acid và hiệu suất của sản phẩm biodiesel ......................................................................................................................... 45 Bảng 16 Các yếu tố cố định ảnh hƣởng lƣợng KOH .................................................... 46 Bảng 17 Ảnh hƣởng lƣợng xúc tác KOH đến chỉ số acid và hiệu suất của sản phẩm biodiesel ......................................................................................................................... 47 Bảng 18 Bảng biodiesel chuẩn theo QCVN 1: 2009/BKHCN ...................................... 49 Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa vi LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP̣ Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 Ảnh hƣởng của lƣợng methanol đến chỉ số acid ............................................... 36 Hình 2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến chỉ số acid ........................................................... 37 Hình 3 Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng đến chỉ số acid .......................................... 38 Hình 4 Ảnh hƣởng của lƣợng xúc tác H2SO4 đến chỉ số acid ....................................... 40 Hình 5 Ảnh hƣởng lƣợng methanol đến chỉ số acid và hiệu suất của sản phẩm biodiesel ......................................................................................................................... 42 Hình 6 Ảnh hƣởng nhiệt độ phản ứng đến chỉ số acid và hiệu suất của sản phẩm biodiesel ......................................................................................................................... 44 Hình 7 Ảnh hƣởng thời gian phản ứng đến chỉ số acid và hiệu suất của sản phẩm biodiesel ......................................................................................................................... 46 Hình 8 Ảnh hƣởng lƣợng xúc tác KOH đến chỉ số acid và hiệu suất của sản phẩm biodiesel ......................................................................................................................... 47 MỤC LỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1 Cơ chế phản ứng transester hóa xúc tác base ................................................... 18 Sơ đồ 2 Cơ chế phản ứng ester hóa ............................................................................... 20 Sơ đồ 3. Qui trình tổng hợp biodiesel dựa trên phản ứng transester hóa có sử dụng xúc tác kiềm.......................................................................................................................... 21 Sơ đồ 4 Qui trình hai bƣớc tổng hợp biodiesel.............................................................. 29 CÁC CHỮ VIẾT TẮT ASTM: American Society for Testing and Materials BKHCN: Bộ khoa học công nghệ QCVN: Qui chuẩn Việt Nam RME: Rapeseed methyl ester HFRR: High - frequency reciprocating rig Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa vii LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP̣ Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU -----oooOooo----- I LIPID I.1 Khái niệm về lipid[1] Tên gọi „Lipid” xuất phát từ chữ Hi Lạp “Lipos” có nghĩa là chất béo. Lipid là một hợp chất hữu cơ có chức năng và thành phần hóa học khác nhau đƣợc ly trích từ động vật hay thực vật nhờ các dung môi ether, chloroform, methanol, là một trong những thành phần sinh hóa cơ bản của động thực vật. Các thành phần của thức ăn thƣờng đƣợc tập trung nghiên cứu là protein, lipid, glucid và một số vitamine, trong đó lipid đóng vai trò quan trọng nhƣ là nguồn cung cấp năng lƣợng và các acid béo cần thiết cho quá trình sinh trƣởng và phát triển của động vật. Lipid cũng đóng vai trò nhƣ chất vận chuyển vitamine tan trong dầu và sterol. Vào năm 1920, con ngƣời đã biết bệnh do thiếu vitamine có liên quan đến bữa ăn thiếu lipid nhất là các nhóm vitamine tan trong dầu. Nhờ tính dẫn nhiệt kém của lipid nên nó đƣợc xem là chiếc áo bảo vệ thân nhiệt. Thành phần chủ yếu của lipid trong hầu hết các loại dầu thực vật và mỡ động vật là triglyceride hay glyceride hoặc mỡ trung tính. Ngoài ra, còn có các acid béo tự do, phospholipid và sterol. Triglyceride là một ester của glycerol và acid béo, có công thức tổng quát là: H2C HC H2C O O C R1 O O C R2 O O C R3 Trong đó R1, R2, R3: là các gốc acid béo. Các acid béo trong phân tử lipid là acid no hoặc không no. Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa 1 LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP̣ Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê Các acid no thƣờng gặp là: CH3 (CH2)12 COOH (Acid lauric ) CH3 (CH2)14 COOH (Acid palmitic ) Các acid béo không no thƣờng gặp là: CH3 (CH2)7 CH CH3 (CH2)4 CH CH CH (CH2)7 CH2 COOH (Acid oleic) CH CH (CH2)7 COOH (Acid linoleic) I.2 Phân loại về lipid[1] [2] Có nhiều kiểu phân loại lipid. Hiện nay có ba cách phân loại chính: I.2.1 Dựa vào phản ứng xà phòng hóa Dựa vào phản ứng xà phòng hóa ngƣời ta chia lipid ra thành hai loại:  Lipid xà phòng hóa đƣợc: gồm các glyceride, glycerophospholipid và sáp. Nghĩa là những lipid mà trong phân tử có chứa ester của acid béo cao phân tử.  Lipid không xà phòng hóa đƣợc: là những lipid mà trong phân tử không chứa nhóm ester. Nhóm này gồm các hydrocarbon, các chất màu và các sterol. I.2.2 Dựa vào độ hòa tan Dựa vào độ hòa tan lipid đƣợc chia thành hai loại nhƣ sau:  Lipid thực sự: là những ester hoặc amide của acid béo (có từ bốn carbon trở lên) với một rƣợu gồm glycerolipid (ester của glycerol), sphingolipid (amide của sphingozin), ceride (ester của rƣợu cao phân tử), steride (ester của sterol), etolite (ester tƣơng hỗ của hợp chất đa chức acid và rƣợu).  Lipoid: là những chất có độ hòa tan giống lipid bao gồm: carotenoid, quinon (các dẫn xuất của isoprene), sterol tự do. I.2.3 Dựa vào thành phần cấu tạo Cách phân loại thứ ba về lipid là dựa vào thành phần cấu tạo. Ở cách phân loại này lipid chia làm hai loại nhƣ sau:  Lipid đơn giản: trong phân tử chỉ chứa C, H, O, là ester của rƣợu và acid béo. Thuộc nhóm này có: triacylglycerine, sáp (ceride) và steride. Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa 2 LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP̣ Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê  Lipid phức tạp: ngoài C, H, O còn có một số nguyên tố khác nhƣ N, P, S, do đó trong phân tử của chúng ngoài rƣợu và acid béo, còn có các thành phần khác nhƣ acid phosphoric, đƣờng… Lipid tự do có nhiệm vụ cung cấp năng lƣợng, hàm lƣợng luôn thay đổi nhƣng lipid phức tạp lại có nhiệm vụ tham gia xây dựng các cấu tử của tế bào, hàm lƣợng không thay đổi hay rất ít thay đổi. Ngoài ra, còn các lipid khác nhƣ: terpene, steroid và prostaglandin… I.3 Chức năng của lipid[1] - Cung cấp năng lƣợng: lipid là nguồn cung cấp năng lƣợng tốt nhất cho cơ thể động vật. Lƣợng calo do lipid cung cấp cao gấp 2 lần lƣợng calo do glucid và protid cung cấp. Lipid là chất dự trữ năng lƣợng cho cơ thể. Một gam lipid cung cấp 9,3 calo trong khi một gam glucid hay protid chỉ cho 4,1 calo. - Hoạt tính và cấu thành enzyme và hormone. - Tham gia cấu trúc màng tế bào: lipid phân cực hay phospholipid có một vai trò rất quan trọng trong dinh dƣỡng vì nó tham gia vào cấu trúc của tất cả các màng tế bào. - Hỗ trợ hấp thu các lipid khác: phospholipid giữ vai trò quan trọng trong sự vận chuyển và hấp thụ lipid và tham gia vào các quá trình biến dƣỡng trung gian trong cơ thể sinh vật. Phospholipid đóng vai trò nhƣ chất nhũ tƣơng hóa giúp các acid béo, muối mật và các chất hòa tan trong chất béo gắn vào các hạt micelle nhỏ li ti. - Vận chuyển các vitamine và một số chất khác: lipid là dung môi hòa tan các vitamine tan trong dầu nhƣ A, D, E, K và hydrocarbon. Do đó, trong khi đƣợc hấp thu và vận chuyển trong cơ thể lipid cũng mang theo các chất hòa tan trong lipid. - Chức năng bảo vệ cơ thể: lipid giúp cơ thể chống lại các va đập cơ học, chống lạnh và bảo vệ các cơ quan bên trong. I.4 Tính chất chung của lipid[1] [3] I.4.1 Tính chất vật lý Lipid có tỷ trọng thấp hơn nƣớc (0,86-0,97). Mức độ không no trong mạch hydrocarbon càng lớn thì lipid có tỷ trọng càng cao. Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa 3 LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP̣ Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê Lipid có đặc tính chung là không tan trong nƣớc và tan trong các dung môi hữu cơ nhƣ: chloroform, benzene, ether. Lipid không tan trong nƣớc, khi trộn với nƣớc sẽ tạo thành hai lớp: nƣớc ở dƣới và chất béo ở trên, đầu -COO- tiếp xúc với nƣớc, đuôi kị nƣớc ở phía trên. Dƣới tác động của chất gây nhũ tƣơng hóa nhƣ xà phòng (muối natri hay kali của các acid béo bậc cao hoặc acid mật hay muối mật do gan tiết ra) chất béo bị chia nhỏ ra giống nhƣ dạng sữa gọi là nhũ tƣơng bền. Nhờ vậy, xà phòng là chất tẩy rửa dầu mỡ tốt chỉ sau các dung môi hữu cơ. Điều đó cũng giải thích đƣợc vì sao các bệnh nhân bị bệnh gan phải hạn chế ăn thức ăn có chứa dầu mỡ vì trong cơ thể của bệnh nhân, dầu mỡ trong thức ăn không đƣợc nhũ tƣơng hóa, do đó lipase phân giải chậm. Tính chất của glyceride phụ thuộc vào thành phần acid béo, chiều dài mạch carbon và số lƣợng liên kết đôi trong phân tử. Mỡ động vật chứa nhiều acid béo no do đó ở trạng thái bình thƣờng ở dạng rắn, nhất là mỡ bò, mỡ cừu. Dầu thực vật cũng tùy theo tỉ lệ acid béo no và không no mà có điểm nóng chảy khác nhau. Ví dụ dầu cacao chứa 30% palmitic và 40% stearic có điểm nóng chảy 30-40°C. Ngƣợc lại dầu hƣớng dƣơng chứa 85% acid béo không no là oleic và lenoleic nên có điểm nóng chảy rất thấp (-21°C). Do đó, dầu thực vật luôn ở dạng lỏng. Nguyên nhân của trạng thái rắn hay lỏng của glyceride là do hàm lƣợng acid béo no hay không no vì:  Các acid béo no có mạch carbon thƣờng thẳng, không gấp khúc tạo nên cấu trúc ổn định và chặt, không bị phá vỡ nên ở nhiệt độ thƣờng chúng có trạng thái rắn.  Các acid béo không no có mạch carbon bị gấp khúc, tạo sự sắp xếp lỏng lẻo dễ bị phá vỡ (do lực Van der Waals yếu), do đó ở nhiệt độ thƣờng chúng ở trạng thái lỏng. I.4.2 Tính chất hóa học[3]  Phản ứng thủy phân và xà phòng hóa Với sự hiện diện của nƣớc hoặc hơi nƣớc và có xúc tác của enzyme lipase, dầu mỡ bị thủy phân sẽ giải phóng acid béo tự do và glycerol. Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa 4 LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP̣ Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê Phƣơng trình thủy phân triglyceride đƣợc biểu diễn nhƣ sau: H2C OCOR1 HC OCOR2 H2C OCOR3 enzyme lipase, H2O H2C OH HC OH R1COOH + R2COOH R3COOH Acid béo H2C OH Glycerol Triglyceride Nếu có mặt một lƣợng kiềm (KOH, NaOH) thì sau phản ứng thủy phân, acid béo tác dụng với kiềm để tạo thành muối kiềm (xà phòng). RCOONa + H2O RCOOH + NaOH Tổng quát: H2C OCOR1 HC OCOR2 H2C OCOR3 + 3NaOH H2C OH HC OH R1COONa + R3COONa H2C OH Glycerol Triglyceride R2COONa Xà phòng  Phản ứng cộng hydro Là phản ứng cộng hydro vào các nối đôi trên mạch carbon của acid béo với sự hiện diện của chất xúc tác thích hợp. Phản ứng này đƣợc ứng dụng trong công nghệ thực phẩm nhằm làm giảm số nối đôi trên dây carbon và làm cho dầu mỡ ổn định hơn, hạn chế khả năng bị oxi hóa, trùng hợp của dầu mỡ, giúp cho dầu mỡ không bị trở mùi khi bảo quản lâu. C C Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa + H2 xt H C H C 5 LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP̣ Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê  Phản ứng với rượu H2C OCOR1 HC OCOR2 H2C OCOR3 + 3ROH H2C OH HC OH H2C OH R1COOR + R2COOR R3COOR Đây là phản ứng cơ bản để biến triglyceride thành alkyl ester của acid béo.  Phản ứng oxi hóa Các loại dầu mỡ có chứa nhiều acid béo không no sẽ dễ bị oxi hóa. Phản ứng xảy ra trên nối đôi của mạch carbon. Dầu mỡ chứa nhiều acid béo no dễ bảo quản, ít biến đổi. Dầu mỡ bảo quản lâu có thể có các hƣớng chuyển hóa sau:  Phản ứng thủy phân có xúc tác enzyme lipase sinh ra glycerol và các acid béo.  Phản ứng oxi hóa các nối đôi của acid không no tƣơng tự nhƣ phản ứng oxi hóa các olefin, sinh ra các hợp chất chứa oxygen nhƣ: aldehyde, ketone, alcohol,… Các phản ứng trên với sự tham gia của enzyme, oxygen trong không khí, và nƣớc làm cho mỡ có mùi hôi, giảm chất lƣợng. Vì vậy, để tránh hiện tƣợng này, trong công nghệ thực phẩm ngƣời ta thƣờng bao kín để tránh dầu mỡ tiếp xúc với oxygen ngoài không khí, ánh nắng chiếu vào (nếu có sẽ sinh nhiệt, phản ứng thủy phân mỡ diễn ra nhanh hơn) hoặc có thể thêm chất chống oxy hóa thƣờng là phenol, quinon… II CÁC PHƢƠNG PHÁP THU LẤY DẦU BÉO TRONG BÃ CÀ PHÊ II.1 Tách chiết bằng dung môi hữu cơ[4] Bộ dụng cụ sohxlet với nhiều kích cỡ. Phƣơng pháp này có ƣu điểm chỉ sử dụng một lƣợng ít dung môi mà có thể chiết kiệt đƣợc hoạt chất. Sự ly trích tự động, liên tục nên nhanh chóng. Dùng dung môi kỵ nƣớc trích ly hoàn toàn lipid từ nguyên liệu đã đƣợc nghiền nhỏ. Một số thành phần hòa tan trong chất béo cũng đƣợc trích ly theo bao gồm sắc tố, các vitamin tan trong chất béo, các chất mùi... tuy nhiên hàm lƣợng của chúng không cao. Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là không chiết đƣợc một lƣợng lớn mẫu, nên chỉ thích hợp cho các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Một nhƣợc điểm lớn nữa là Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa 6 LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP̣ Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê trong suốt quá trình chiết, mẫu luôn có nhiệt độ bằng nhiệt độ sôi của dung môi nên những hợp chất kém bền nhiệt có thể bị thủy giải. Ta có thể dùng phƣơng pháp tách chiết khác nhƣ: phƣơng pháp ngâm dầm, phƣơng pháp ngấm kiệt ngƣợc dòng để chiết với lƣợng mẫu lớn. II.2 Tách chiết bằng CO2 lỏng siêu tới hạn[5] Thay vì sử dụng các dung môi hữu cơ, ngƣời ta có thể sử dụng CO2 ở trạng thái siêu tới hạn (31,1°C, 73 atm). Đặt biệt ở trạng thái này CO2 vừa giống nhƣ khí, vừa giống nhƣ lỏng, có độ nhớt thấp hơn pha lỏng (dễ xâm nhập vào mẫu), có khả năng chuyển khối lớn hơn pha khí (chiết xuất đƣợc cạn kiệt hoạt chất). Với trạng thái pha lƣỡng này nó sẽ là điều kiện lý tƣởng để trích cấu tử trong một thời gian ngắn. Bằng cách kiểm soát nhiệt độ và áp suất, mật độ và tốc độ dung môi, CO2 lỏng tới hạn có thể thay thế các dung môi hữu cơ (CHCl3, diethyl ether, petro ether, n-hexane). Nhờ khả năng hòa tan mà ta có thể vận dụng chúng vào việc tinh chế, trích ly, ngâm chiết, kết tinh… Nhiệt độ cao làm tăng động học chiết, trong khi áp suất cao sẽ giữ cho dung môi thoát khỏi sự đun sôi. So sánh với phƣơng pháp trích Shoxlet thì rõ ràng ở phƣơng pháp này có nhiều mặt tiện lợi hơn nhiều nhƣ tiết kiệm thời gian hơn, chi phí dung môi giảm rõ, giảm chất thải từ dung môi. Tuy nhiên vấn đề lớn nhất gặp phải là cần chi phí lớn cho thiết bị, dụng cụ, máy móc. II.3 Tách chiết bằng enzyme[6] Việc tách chiết dầu béo bằng enzym đã đƣợc nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đồng thời đạt đƣợc thành công nhất định. Chiết xuất dầu cà phê bằng enzyme chƣa đƣợc nghiên cứu nhƣng chiết suất dầu dừa bằng enzyme cytolase đã đƣợc Viện Nghiên cứu Dầu Thực vật- Tinh dầu- Hƣơng liệu- Mỹ phẩm (Bộ công nghiệp) khảo sát và chiết suất thành công dầu tinh khiết, dầu đƣợc chiết xuất từ enzyme cylolate có chất lƣợng cao, do đó có phạm vi ứng dụng rộng rãi hơn dầu dừa đƣợc sản xuất bằng các phƣơng pháp công nghiệp cổ điển. II.4 Ép bằng máy[7] Phƣơng pháp ép tuy đơn giản nhƣng không triệt để, hàm lƣợng dầu của bã ép còn 4-5%; đối với nguyên liệu ít dầu thì hiệu quả kinh tế thấp. Trong công nghiệp ép dầu, chỉ có những loại hạt có hàm lƣợng dầu từ 15-20% trở lên mới có giá trị thực tế để tổ chức sản xuất và đảm bảo đƣợc các hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong khi sản xuất. Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa 7