Khảo sát hoạt tính enzyme lipase trên nguồn dầu ăn đã qua sử dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN SƯ PHẠM HÓA HỌC    TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT HOẠT TÍNH LIPASE TRÊN NGUỒN DẦU ĂN ĐÃ QUA SỬ DỤNG VÀ BƯỚC ĐẦU KHẢO SÁT PHẢN ỨNG TRANSESTE HÓA VỚI XÚC TÁC LIPOZYME TL100L Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƯ PHẠM HÓA HỌC Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên: Tạ Thị Hồng Nhung TS. Phan Thị Bích Trâm Lớp: Sư phạm Hóa học Khóa 35 Mã số SV: 2091985 CẦN THƠ, 2013 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm SVTH: Tạ Thị Hồng Nhung Trang i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện đề tài, tôi đã học hỏi đƣợc nhiều điều bổ ích và tích lũy đƣợc nhiều kiến thức quý báu về lĩnh vực mà tôi nghiên cứu. Do đó, trong trang đầu tiên của luận văn này tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:  Cô Phan Thị Bích Trâm, đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này.  Thầy Nguyễn Mộng Hoàng và Cô Phan Thị Ngọc Mai đã truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức và kinh nghiệm hữu ích trong việc nghiên cứu.  Tất cả quý thầy cô Bộ môn Sƣ Phạm Hóa Học – Khoa Sƣ Phạm, Trƣờng Đại Học Cần Thơ đã giúp đỡ cũng nhƣ đóng góp những ý kiến cho luận văn của tôi đƣợc hoàn thiện hơn.  Gia đình, thầy cô, bạn bè luôn hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn! Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm SVTH: Tạ Thị Hồng Nhung Trang ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm SVTH: Tạ Thị Hồng Nhung Trang iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm SVTH: Tạ Thị Hồng Nhung Trang iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG viii DANH MỤC HÌNH ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI x PHẦN MỞ ĐẦU 1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 2. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI 2 3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2 3.1. Khảo sát nguồn nguyên liệu và phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính của Lipozyme TL100L trên nguồn dầu ăn đã qua sử dụng. 2 3.2. Bƣớc đầu khảo sát phản ứng transeste hóa với xúc tác Lipozyme TL100L. 2 PHẦN NỘI DUNG 3 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 1.1. Tìm hiểu về lipase 3 1.1.1. Định nghĩa lipase 3 1.1.2. Cấu trúc của lipase 3 1.1.3. Cơ chế phản ứng và tính đặc hiệu của lipase 4 1.1.4. Các nguồn thu nhận lipase 5 1.1.4.1. Từ động vật 5 1.1.4.2. Từ thực vật 5 1.1.4.3. Từ vi sinh vật 5 1.1.5. Ứng dụng của lipase 6 1.1.6. Các phƣơng pháp xác định hoạt tính lipase 8 1.1.7. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính lipase 8 1.1.7.1. Nhiệt độ 8 1.1.7.2. pH 8 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm SVTH: Tạ Thị Hồng Nhung Trang v 1.1.7.3. Cơ chất 8 1.1.7.4. Chất hoạt hóa và chất kiềm hãm 9 1.2. Giới thiệu về Biodiesel 10 1.2.1. Khái quát về biodiesel 10 1.2.2. Ƣu điểm của biodiesel 10 1.2.2.1. Về mặt môi trƣờng 10 1.2.2.2. Về mặt kỹ thuật 11 1.2.2.3. Về mặt kinh tế 11 1.2.3. Nhƣợc điểm của biodiesel 11 1.2.4. Tình hình nghiên cứu và sản xuất biodiesel trong nƣớc và trên thế giới 11 1.2.4.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất biodiesel trên thế giới 11 1.2.4.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất biodiesel trong nƣớc 12 1.2.5. Các phƣơng pháp điều chế biodiesel 13 1.2.5.1. Phƣơng pháp transeste hóa 13 1.2.6. Các phƣơng pháp thực hiện phản ứng transeste hóa 14 1.2.6.1. Phƣơng pháp khuấy – gia nhiệt 14 1.2.6.2. Phƣơng pháp siêu âm 14 1.2.6.3. Phƣơng pháp vi sóng 14 1.2.6.4. Phƣơng pháp siêu tới hạn metanol 15 1.2.7. Xúc tác sử dụng trong phản ứng transeste hóa 15 1.2.7.1. Transeste hóa với xúc tác bazơ 15 1.2.7.2. Transeste hóa với xúc tác axit 15 1.2.7.3. Transeste hóa với xúc tác enzym lipase 16 1.3. Sơ lƣợc về dầu ăn đã qua sử dụng 18 1.3.1. Nguồn cung cấp 18 1.3.2. Thành phần hóa học 18 2. THỰC NGHIỆM 20 2.1. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 20 2.1.1. Dụng cụ và thiết bị 20 2.1.2. Hóa chất 20 2.2. Nguyên liệu 20 2.3. Kiểm tra chất lƣợng và xác định thành phần nguyên liệu 20 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm SVTH: Tạ Thị Hồng Nhung Trang vi 2.3.1. Xác định độ ẩm của dầu ăn đã qua sử dụng. 20 2.3.2. Xác định chỉ số axit của dầu ăn đã qua sử dụng và dầu chợ. 21 2.3.2.1. Nguyên tắc 21 2.3.2.2. Tiến hành 21 2.3.2.3. Tính toán 21 2.3.3. Phân tích thành phần axit béo của dầu ăn đã qua sử dụng 21 2.3.4. Xác định hàm lƣợng protein bằng phƣơng pháp Bradford 22 2.3.4.1. Nguyên tắc 22 2.3.4.2. Tiến hành 22 2.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính lipase 23 2.4.1. Phƣơng pháp xác định hoạt tính lipase 23 2.4.2. Ảnh hƣởng của pH đến hoạt tính lipase 24 2.4.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính lipase 24 2.4.4. Khảo sát độ bền nhiệt của lipase 25 2.4.5. Khảo sát ảnh hƣởng của ion kim loại và EDTA đến hoạt tính của lipase 25 2.4.6. Khảo sát ảnh hƣởng của metanol và etanol đến hoạt tính của lipase 26 2.5. Khảo sát phản ứng transeste hóa xúc tác lipase 27 2.5.1. Các bƣớc tiến hành thí nghiệm 27 2.5.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất chuyển hóa metyl este……… 28 2.5.2.1. Ảnh hƣởng của lƣợng enzym xúc tác 28 2.5.2.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ mol metanol/dầu 28 2.5.2.3. Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng 28 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1. Kiểm tra chất lƣợng và xác định thành phần nguyên liệu 30 3.1.1. Xác định độ ẩm và chỉ số của dầu ăn đã qua sử dụng. 30 3.1.2. Phân tích thành phần axit béo của dầu ăn đã qua sử dụng 30 3.1.3. Xác định hàm lƣợng protein của Lipozyme TL 100L 31 3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính lipase 33 3.2.1. Ảnh hƣởng của pH đến hoạt tính lipase 33 3.2.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính lipase 33 3.2.3. Khảo sát độ bền nhiệt của lipase 34 3.2.4. Khảo sát ảnh hƣởng của ion kim loại và EDTA đến hoạt tính của lipase 35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm SVTH: Tạ Thị Hồng Nhung Trang vii 3.2.5. Khảo sát ảnh hƣởng của metanol và etanol đến hoạt tính của lipase 36 3.3. Khảo sát phản ứng transeste hóa xúc tác Lipozyme TL100L 37 3.3.1. Ảnh hƣởng của lƣợng xúc tác enzym 37 3.3.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ mol metanol/dầu 39 3.3.3. Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng 40 4. Kết luận và kiến nghị 42 4.1. Kết luận 42 4.2. Kiến nghị 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 PHỤ LỤC 46 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm SVTH: Tạ Thị Hồng Nhung Trang viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các ứng dụng trong công nghiệp của các lipase từ vi sinh vật 7 Bảng 1.2: So sánh tính chất của biodiesel với diesel đƣợc giảm thiểu lƣu huỳnh 10 Bảng 1.3: So sánh một số tính chất và thành phần axit béo của dầu ăn đã qua sử dụng với một số loại dầu thực vật điển hình 19 Bảng 2.1: Xây dựng đƣờng chuẩn BSA 22 Bảng 3.1: Chỉ số axit của dầu ăn đã qua sử dụng và dầu ăn chợ 30 Bảng 3.2: Thành phần phần trăm của các axit béo trong nguyên liệu dầu ăn đã qua sử dụng 31 Bảng 3.3: Kết quả hàm lƣợng protein của Lipozyme TL100L (mg/ml) 32 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm SVTH: Tạ Thị Hồng Nhung Trang ix DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Mô hình enzym lipase 3 Hình 1.2: Cấu trúc không gian của lipase 3 Hình 1.3: Phản ứng thủy phân triglixerit của lipase 4 Hình 1.4: Phản ứng tổng hợp este của lipase 4 Hình 1.5: Phản ứng transeste hóa của triglixerit với metanol 14 Hình 1.6: Cơ chế xúc tác của enzym lipase trong phản ứng transeste hóa 17 Hình 3.1: Đƣờng chuẩn Albumin 32 Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của pH đến hoạt tính của lipase 33 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính của lipase 34 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn độ bền nhiệt độ theo thời gian của lipase 35 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của ion kim loại và EDTA đến hoạt tính lipase 36 Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của dung môi đến hoạt tính lipase 37 Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của lƣợng xúc tác enzym đến hiệu suất chuyển hóa metyl este 38 Hình 3.8: Sắc ký bản mỏng sản phẩm metyl este ở các lƣợng xúc tác enzym khác nhau 38 Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của tỉ lệ mol metanol/dầu ăn đã qua sử dụng đến hiệu suất chuyển hóa metyl este 39 Hình 3.10: Sắc ký bản mỏng sản phẩm metyl este ở các tỉ lệ mol metanol/dầu ăn đã qua sử dụng khác nhau 39 Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất chuyển hóa metyl este 40 Hình 3.12: Sắc ký bản mỏng sản phẩm metyl este ở các thời gian khác nhau 41 [...]... mà đề tài Khảo sát hoạt tính lipase trên nguồn dầu ăn đã qua sử dụng và bước đầu khảo sát phản ứng transeste hóa với xúc tác Lipozyme TL100L” đƣợc thực hiện SVTH: Tạ Thị Hồng Nhung Trang 1 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Bích Trâm 2 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI Xác định đƣợc các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính của lipase trên nguồn dầu ăn đã qua sử dụng nhằm đƣa ra những thông số quan trọng làm nền tảng bƣớc... liệu dầu ăn đã qua sử dụng cũng có thành phần bao gồm các triglixerit và các axit béo tự do Dầu ăn khi chiên xào ở nhiệt độ quá cao và trong một thời gian dài thì các chất trong dầu ăn sẽ bị oxi hóa cho ra anđehit và xeton là các chất có hại cho sức khỏe Chính vì vậy chúng ta không nên dùng lại dầu ăn đã qua sử dụng Bảng 1.3: So sánh một số tính chất và thành phần axit béo của dầu ăn đã qua sử dụng. .. Giảm đáng kể lƣợng nƣớc thải khi sử dụng với quy mô công nghiệp  Nhược điểm Tuy nhiên, việc sử dụng lipase làm xúc tác trong phản ứng transeste hóa cũng gặp một số trở ngại:  Tốc độ phản ứng chậm  Bị ức chế bởi ancol nếu sử dụng nhiều ancol   Giá thành enzym cao Mất hoạt tính xúc tác sau một số lần tái sử dụng 1.3 Sơ lƣợc về dầu ăn đã qua sử dụng 1.3.1 Nguồn cung cấp Trên thế giới chung và ở Việt... tái sử dụng nhiều lần, hiệu suất phản ứng cao,… Lipase không bị ảnh hƣởng bởi hàm lƣợng các axit béo tự do và nƣớc có trong dầu mỡ do đó thuận lợi cho việc sản xuất bằng nguồn nguyên liệu dầu ăn đã qua sử dụng Với những ƣu điểm trên thì việc nghiên cứu và tiến đến sử dụng lipase làm xúc tác cho phản ứng transeste hóa để điều chế biodiesel là hết sức cần thiết Từ những lý do trên mà đề tài Khảo sát hoạt. .. chất là dầu ăn đã qua sử dụng đã đƣợc nhũ hóa Nhũ hóa dầu ăn đã qua sử dụng: Cân 10 gam dầu + 7,5 gam gum arabic cho vào cốc thủy tinh 500ml, thêm dung dịch đệm photphat đến vạch 100ml Sau đó đánh tan hỗn hợp bằng máy đồng hóa trong 10 – 15 phút Hỗn hợp này đƣợc sử dụng khi nó không bị phân thành hai lớp sau khi bảo quản trong 1 giờ và ổn định trong 2 ngày ở nhiệt độ (5C - 10C) Lấy 5ml dầu ăn đã đƣợc... xúc tác lipase đạt hiệu quả cao nhất 3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3.1 Khảo sát nguồn nguyên liệu và phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính của Lipozyme TL100L trên nguồn dầu ăn đã qua sử dụng 3.2 Bƣớc đầu khảo sát phản ứng transeste hóa với xúc tác Lipozyme TL100L SVTH: Tạ Thị Hồng Nhung Trang 2 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Bích Trâm PHẦN NỘI DUNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tìm hiểu về lipase 1.1.1... gia tăng, một lƣợng lớn các dầu ăn đã qua sử dụng đƣợc thải ra từ các quy trình sản xuất thực phẩm, các cửa hàng thức ăn nhanh mỗi ngày Lƣợng dầu này thải ra khác nhau tùy theo từng quốc gia, phụ thuộc vào mức độ sử dụng dầu thực vật ở từng nơi Dầu (lipit) đƣợc đun nóng đến nhiệt độ 1600C - 2000C tùy từng giai đoạn chế biến Vì để tiết kiệm, nhiều nơi đã sử dụng lại dầu nhiều lần hoặc bổ sung dầu vào... Lipozyme TL100L đạt hiệu quả cao nhất Kết quả đề tài đã khảo sát đƣợc hoạt tính enzym Lipozyme TL100L thƣơng mại từ chủng Thermomyces lanuginosus hoạt động tốt với cơ chất là dầu ăn đã qua sử dụng trong khoảng pH từ 7-8, nhiệt độ tối ƣu là 650C, bền trong khoảng nhiệt độ từ 500C đến 550C Ở nồng độ 10mM cation Ca2+ có khả năng làm tăng hoạt tính của lipase và bị ức chế nhẹ bởi các cation Pb2+, Cu2+ và... hơn [26] Lipase hoạt động không cần cofactor, tuy nhiên sự hiện diện của một số các cation kim loại nhƣ Ca2+, Mg2+ sẽ làm tăng hoạt tính của lipase [19] Mỗi chất hoạt hóa lại tác động hoạt hóa ở từng mức độ khác nhau, có khi chất hoạt hóa cho loại lipase từ nguồn gốc này lại không hoạt hóa cho lipase từ nguồn gốc khác Ví dụ: Lipase từ Candida antaractica có thể đƣợc hoạt hoá bởi các chất hoạt động... chung, trong các nhà hàng, dầu rán đƣợc kiểm tra chất lƣợng sau vài ngày sử dụng, còn các quán ăn thì thƣờng thay mới dầu sau vài tuần sử dụng [15] 1.3.2 Thành phần hóa học Dầu ăn đã bị biến đổi nhiều về mặt hóa học và vật lý, tạo ra nhiều hợp chất hóa học không mong muốn sau một số lần tái sử dụng và chúng không thể sử dụng để nấu ăn đƣợc nữa SVTH: Tạ Thị Hồng Nhung Trang 18 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS . những lý do trên mà đề tài Khảo sát hoạt tính lipase trên nguồn dầu ăn đã qua sử dụng và bước đầu khảo sát phản ứng transeste hóa với xúc tác Lipozyme TL100L” đƣợc thực hiện. Luận văn tốt. tận dụng nguồn dầu ăn đã qua sử dụng làm nguyên liệu cho tổng hợp biodiesel có ý nghĩa thực tế rất lớn. Đã có khá nhiều đề tài nghiên cứu về việc điều chế biodiesel từ nguồn dầu ăn đã qua sử dụng. TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT HOẠT TÍNH LIPASE TRÊN NGUỒN DẦU ĂN ĐÃ QUA SỬ DỤNG VÀ BƯỚC ĐẦU KHẢO SÁT PHẢN ỨNG TRANSESTE HÓA VỚI XÚC TÁC LIPOZYME TL100L Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƯ