giáo trình hóa học công nghệ các hợp chất hữu cơ thiên nhiên

LỜI NÓI ĐẦU.Giáo trình HOÁ HỌC CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ THIÊN NHIÊN đượcbiên soạn trên cơ sở hệ thống hoá sự hình thành các hợp chất hữu cơ trong thiênnhiên, mà chủ yếu là trong hệ thực vật,

LỜI NÓI ĐẦU.

Giáo trình HOÁ HỌC CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ THIÊN NHIÊN đượcbiên soạn trên cơ sở hệ thống hoá sự hình thành các hợp chất hữu cơ trong thiênnhiên, mà chủ yếu là trong hệ thực vật, để sinh viên có khái niệm về một hệ thốngcác chất hữu cơ cơ bản đang tồn tại trong thiên nhiên cũng như vai trò, tính chấthoá lý và ứng dụng của chúng trong đời sống Những hợp chất hữu cơ cơ bản nhấtnhư nước, than, dầu khí đến các thành phần cấu tạo nên thảm thực vật và hoạt tínhsinh học của chúng đã được tập hợp thành một giáo trình với năm phần gồm:

+Giới thiệu các hợp chất hữu cơ trong thiên nhiên

+Hoá học dầu béo thực vật

+Hoá học tinh dầu

+Hoá học Đường & Tinh bột

+Hoá học các chất có hoạt tính sinh học

Trong năm phần trên, chúng tôi cố gắng cung cấp một lượng kiến thức cơ bản theochương trình Hoá hợp chất thiên nhiên trước đây, đồng thời cũng đưa vào nhữngkiến thức về công nghệ sản xuất và chế biến một số chất như : công nghệ chế biếnthan bùn, công nghệ sản xuất dầu thực vật, công nghệ sản xuất tinh dầu, công nghệsản xuất đường, tinh bột, công nghệ sản xuất một số chất có hoạt tính sinh học,nhằm mục đích cho sinh viên làm quen và có những kiến thức cơ bản về qui trìnhcông nghệ trong thực tế Ngoài ra chúng tôi cũng bổ sung thêm những kiến thức

về hoá học xanh (biorefinery) hay công nghệ không bả thải… là những phần đãđược dạy chuyên sâu ở những môn bắt buộc để sinh viên có liên hệ khi giải quyếtmột vấn đề cụ thể

Sự tương xứng về mặt lý thuyết hoá học và công nghệ hoá học PHỤC VỤ

MỤC ĐÍCH ỨNG DỤNG, sẽ phù hợp hơn với chuyên ngành công nghệ hoá học

của khoa KHOA HỌC ỨNG DỤNG Do thời lượng của chuyên đề không nhiều,thời gian chuẩn bị ngắn và khả năng có hạn, giáo trình này chưa cập nhật được hếtnhững tài liệu của các nhà giáo có uy tín, đã nhiều năm giảng dạy chuyên sâu cácvấn đề nêu trên, nên còn nhiều hạn chế và chưa thực sự hoàn chỉnh như mongmuốn của chúng tôi, cũng như mong muốn của KHOA, rất mong sự thông cảmcủa các bạn

Ngoài những tài liệu mà chúng tôi đã sử dụng sau đây, còn một số côngtrình nghiên cứu trong các lĩnh vực nói trên thông qua đề tài khoa học các cấp màchúng tôi và các đồng nghiệp trong các Viện nghiên cứu đã thực hiện, cũng được

sử dụng để minh hoạ thêm cho bài giảng

Các tài liệu tham khảo chính:

[1] Sách Die Petrolchemische Industie,

Asinger Akademie-verlag-Berlin 1971

[2] Sách Than bùn ở Việt nam và sử dụng than bùn trong nông nghiệp.

Nhà xuất bản Nông nghiệp TPHCM-1997

[3] Sách Những cây có dầu béo ở Việt nam.Nhà xuất bản KHKT-1997

[4] Sách Kỷ thuật sơ chế và bảo quản hạt có dầu

NXB Nông nghiệp-1982

[5] Sách Deusche Einheitsmethoden zur Untersuchung von

Fetten, Fettproducten Tensiden und verwandten stoffen

Wissenschaftlische Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart -1984

[6] Sách Kỷ thuật ép dầu và chế biến dầu mở thực phẩm.

NXBKHKT-1993

[7] Sách Hóa học thực phẩm NXB KHKT-2001

[8] Sách Advanced sugar chemistry

AVI Publishing Company,Inc, Westport, Connecticut-1982

[9] Sách Tinh dầu NXB ĐHQG TPHCM-2003

[10] Sách Bài giảng dược liệu NXB Bộ ytế& Bộ GDĐT-1998

[11]Sách điện tử Common Fragrance and Flavor Materials

Electronic Copyreich 2001-Wiley-VCH Verlag GmbH.

Và một số tài liệu khác dưới dạng bài báo, các công trình và báo cáo khoahọc chuyên sâu mà chúng tôi có điều kiện cập nhật

PHẦN I GIỚI THIỆU CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG THIÊN NHIÊN

Các hợp chất cacbon từ xa xưa đã mang tên là “hợp chất hữu cơ” vì nó có mặt trong hầu hết các cơ thể sống trên trái đất Do khoa học chưa phát triển nên cho đến đầu thế kỷ 18, người ta vẫn cho rằng các hợp chất hữu cơ thuộc về một

“thế lực sống” huyền bí, chỉ có trong các cơ thể sống, không tuân theo các qui luật hoá học thông thường, nghĩa là không thể bằng con đường hoá học tạo thành các “hợp chất hữu cơ” Những người cổ xúy cho học thuyết này được mang tên la

tinh là “Vis vitalis- thế lực sống”, mà đại diện là nhà bác học người Thuỵ điển

Bercellius Năm 1828, một nhà bác học người Đức tên là Veler đã tổng hợp được một chất hữu cơ đầu tiên trong phòng thí nghiệm là muối xianua amoni (NH 4 CNO)- thành phần chính trong nước tiểu Điều đó chứng tỏ rằng có thể bằng con đường nhân tạo, tổng hợp nên những chất mà trước đây người ta cho rằng chỉ

có “ thế lực sống” mới tạo nên.

Ngày nay, tuy khoa học đã phát triển, danh từ “hợp chất hữu cơ “vẫn tồn tại, nhưng khái niệm này đã được hiểu theo cách khác: tất cả các hợp chất chứa cacbon, tồn tại trong cơ thể sống và cả những chất không có trong cơ thể sống đều có thể tổng hợp một cách nhân tạo Hơn thế nữa, các hợp chất hữu cơ ngày nay, trong cấu trúc của nó, không chỉ có các nguyên tố cơ bản C,H,O,N, mà còn

là những tổ hợp phức với sự tham gia của không ít các chất vô cơ khác như lưu huỳnh, kim loại Do tính chất rộng lớn và phức tạp của các “ hợp chất hữu cơ”, trong giáo trình này chỉ giới thiệu sự hiện diện của chúng trong thảm thực vật- nguồn nguyên liệu có khả năng tái sinh quan trọng, được sử dụng nhiều trong công nghệ hoá học - đặc biệt trong lĩnh vực hoá hữu cơ.

CHƯƠNG I:

HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG THẢM THỰC VẬT

I.1.Các chất cơ bản tạo nên hợp chất hữu cơ:

Các hợp chất hữu cơ được hình thành trên cơ sở bốn nguyên tố chính, đó làcacbon, hydro, oxy và nitơ

I.1.1: Các bon (Carboneum): có công thức là C, trọng lượng nguyên tử

12,01115 Trong thiên nhiên, các bon tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau:

a/Dạng rắn:

-Dạng tinh thề siêu sạch: kim cương- là một chất trong suốt, không màu, có

độ cứng rất cao

-Than antraxít, có hàm lượng cac bon trên 95%

-Than đá, có hàm lượng cac bon từ 75-90%

-Than nâu, có hàm lượng cac bon từ 65-70%

-Than bùn, có hàm lượng cac bon từ 55-60%

I.1.3: Oxy (Oxygenium): có công thức Phân tử là O2, trọng lượng nguyên

tử là 15,9994, tồn tại tự do ở dạng khí trong không khí với 20,9 % thể tích hoặc23,2% trọng lượng Trọng lượng của Oxy trên toàn bộ trái đất, bao gồm trongkhông khí, nước, vỏ trái đất… xấp xỉ ½ trọng lượng trái đất (49,13 % trọng lượng)

-Trong điều kiện bình thường, oxy là một khí không màu, không mùi.-Khi nhiệt độ xuống -183oC, oxy là một chất lỏng linh động có màu xanh datrời

-Khi nhiệt độ xuống -218,8 oC, oxy có dạng rắn như những bông tuyết.-Trong điều kiện phóng điện, một phần oxy tồn tại dưới dạng ozon (O3)

I.1.3:Nitơ (nitrogenium): Tồn tại dưới dạng khí, có công thức phân tử là

N2, trọng lượng nguyên tử là 14,0067 Nitơ là thành phần chủ yếu của không khí,chiếm 78% thể tích

-Trong điều kiện bình thường là một khí không màu, không mùi

-Trong điều kiện áp suất cao và nhiệt độ là -210oC, nó kết tinh thành chấtrắn.

-Khi nhiệt độ là -195,8oC, nitơ ở dạng lỏng sẽ sôi

-Dạng khí đặc thù khác là NH3, có mùi đặc biệt

Sự kết hợp giữa oxy và hydro tạo nên một hợp chất hữu cơ cực kỳ quantrọng- đó là nước

I.2.Nước và nguồn gốc của sự sống:

Hợp chất hữu cơ trong thiên nhiên, là những chất mà trong thành phần hoáhọc của nó chứa đựng các nguyên tố cơ bản như C,H,O,N như đã giới thiệu sơlược ở trên Các nguyên tố này tạo nên sự sống trên trái đất, bao gồm động thựcvật trên bề mặt và trong lòng đại dương Quá trình tiến hoá của các cơ thể sốngtrên trái đất là một chuỗi các phản ứng hoá học từ đơn giản đến phức tạp, với sựtham gia của bốn nguyên tố cơ bản trên, cộng với sự xúc tác của các điều kiện tựnhiên như nhiệt độ, ánh sáng, các nguyên tố vô cơ vi lượng trong đất, trong nước.Hợp chất hữu cơ đầu tiên xuất hiện trên trái đất chính là nước(H2O) Sự hình thànhcác hành tinh và con đường từ “cát bụi” đến “sự sống” là một quá trình kéo dàihàng triệu triệu năm, nhưng phản ứng hoá học hữu cơ đầu tiên là phản ứng kết hợpgiữa oxy với hydro, những nguyên tố sinh ra trong các vụ nổ vũ trụ để hình thànhnên các hành tinh Cho đến ngày nay, người ta chưa biết được nước sinh ra lúc nàonhưng nó đang chiếm ¾ diện tích bề mặt trái đất Khi nghiên cứu các tảng băng ởnam cực, các nhà khoa học đã xác định nó đã tồn tại hàng triệu năm về trước.Những khám phá mới nhất về sao hoả, cho thấy ở đó cũng có dấu hiệu của nước

Vì vậy, có thể khẳng định rằng, nước là hợp chất hữu cơ cơ bản đầu tiên được hìnhthành, để từ đó sinh ra sự sống trong vũ trụ

Ngày nay có nhiều giả thiết cho rằng, sự sống trên trái đất được “ nhậpkhẩu” từ vũ trụ Trong khi chưa có một chứng minh thuyết phục nào về các vấn đềhình thành sự sống trên trái đất, chúng ta tạm thời chấp nhận những học thuyết về

sự tiến hoá trên trái đất, mà các nhà khoa học tiền bối đã đưa ra, đó là “các thểabumin trong đại dương đã sản sinh ra sự sống trên trái đất” Như vậy cũng đồngnghĩa với việc chấp nhận hiện thực là”nước có trước-sự sống có sau”

Nước là môi trường để sự sống hình thành và phát triển Nước cũng làthành phần chủ yếu trong cơ thể sống Chúng ta không thể sống nếu không cónước Vậy nước là gì?

I.2 1.Cấu tạo hoá học của nước:

a/Nước đơn phân và nước liên hợp:

Cấu tạo của phân tử nước đơn phân là một hình tam giác cân, đỉnh là hạtnhân của nguyên tử oxy, ở hai góc của đáy là hai proton, góc giữa hai liên kết O-Hbằng 104,50 Khoảng cách từ hạt nhân của nguyên tử Oxy đến proton Hydro là0,96A0 (0,96 x 10-8cm).Đám mây điện tử trong phân tử nước hình thành do sự phối

hợp của năm cặp điện tử của các nguyên tử oxy và hydro Các cặp điện tử đó phân

bố như sau:

-Một cặp bên trong bao quanh hạt nhân oxy

-Hai cặp ngoài phân bố không đều nhau giữa các nhân nguyên tử oxy vàhydro: có xu hướng lệch nhiều về nhân oxy

-Hai cặp điện tử còn lại của oxy không đem góp chung với hydro, điện tíchcủa chúng phần nào không được điều hoà trong phân tử

Như vậy phân tử nước có 4 cực diện tích: Hai cực âm tương ứng các cặpđiện tử dư của oxy, và hai cực dương tương ứng với hai nhân nguyên tử hydro cómật độ điện tử thấp Có thể hình dung các cực điện tử đó phân bố ở bốn đỉnh củamột hình tứ diện không đều:

Do sự phân bố điện tích đối xứng như vậy, phân tử nước biểu hiện tínhphân cực rõ ràng, có momem lưỡng cực bằng 1,87 debai Do độ phân cực lớn nhưvậy mà nó có khả năng hoà tan và ion hoá được nhiều hợp chất khác nhau

Trong nước, ngoài các phân tử nước đơn giản H2O, còn chứa những phân tửliên hợp, được biểu diễn bằng công thức tổng quát [H2O]x, x không xác định vàluôn biến đổi, có trị số nguyên nhỏ(x=1,2,3,4…) Hiện tượng liên hợp trong nướcluôn xẩy ra và cũng luôn bị phá vỡ Số phân tử nước đơn giản trong phân tử nướcliên hợp thay đổi tuỳ thuộc vào trạng thái của nước Chẳng hạn nước đá với cấutrúc tinh thể trong đó mỗi đơn phân được liên kết với bốn phân tử khác, có nghĩa

là [H2O]5 Khoảng cách giữa hai nguyên tử oxy là 0,276nm

O H H

H

H O

Phân tử nước (H2O)

0,276nm

0,276nm

Nước liên hợpKhi đun nóng, liên hợp phân tử bị phá hủy, chuyển thành các liên hợp{H2O]2 và đến 1000C thì hầu hết các phân tử nước tồn tại dưới dạng đơn phân[H2O] Nguyên nhân cơ bản của sự tạo thành những liên kết hợp phân tử [H2O]x là

liên kết hydro Liên kết hydro thường được hình thành giữa hai nguyên tử bất kỳqua nguyên tử hydro Chẳng hạn như trong liên kết đồng hoá trị kiểu A-H do đámmây điện tử bị biến dạng làm cho mật độ điện tử ở A tăng lên, nên khi có nguyên

tử có độ âm điện lớn B tiến lại gần thì đầu tiên sẽ xuất hiện lưỡng cực và tiếp đó sẽtương tác tĩnh điện với lưỡng cực A-H, có thể biểu diễn sự hình thành liên kết đónhư sau:

O O

( hai liên kết hoá trị và hai liên kết hydro)

Ở trạng thái lỏng, chuyển động nhiệt bình thường của các phân tử đủ để phá

Như vậy là do cấu trúc đặc thù của phân tử nước và do đó kéo theo khảnăng tạo ra cầu hydro mà các phân tử sắp xếp liên hợp với nhau theo một trật tựrất cao khiến cho nước có những tính chất đặc biệt mà những hợp chất hoá họckhác không thể có được

b/Nước nặng: khi điện phân nước bình thường, bên cạnh H2O, người tanhận được một lượng rất nhỏ D2O D chính là đồng vị của nguyên tử H D2O đóngvai trò quan trọng trong công nghệ hạt nhân

1.2.2:Tính chất vật lý và hoá học của nước:

a/ Tính chất vật lý: Các tính chất có liên quan đặc biệt với sự thay đổi trạngthái, sự truyền nhiệt và sự chuyển vật chất của nước như tỷ nhiệt, nhiệt bốc hơi, độdẫn nhiệt, độ nhớt… là rất quan trọng khi nghiên cứu về nước- như là một hợpchất hữu cơ

-Nhiệt dung của nước rất khác thường Nước có khả năng hấp thụ mộtlượng nhiệt lớn, trong khi đó bị nóng lên không đáng kể Nhiệt dung của nước

không chỉ khác thường về độ lớn mà còn bất thường theo sự thay đổi của nhiệt độ.

Từ 00C đến 27oC nhiệt dung giảm xuống và ngay sau đó lại bắt đầu tăng lên

-Nhiệt hoá hơi của nước cũng cao hơn các chất lỏng quen thuộc vì ngoàilượng nhiệt cần để làm nóng nước, còn cần một lượng khác để phá vỡ các liên kếthydro

b/ Tính chất hoá học: Một số tính chất khác như hằng số điện môi, momenlưỡng cực, sức căng bề mặt lại có quan hệ với tác dụng môi chất của nước:

-Nước có khả năng khuếch tán và hoà tan được nhiều chất hoá học: Dotương tác của các phân tử nước lên bề mặt các chất nhúng trong nước, lực giữa cácnguyên tử và lực giữa các phân tử của chúng yếu đi 80 lần

-Tính chất lưỡng cực của nước cùng với việc tạo liên kết hydro giữa cácphân tử khiến nước trở thành chất có hằng số điện môi cao khác thường Điềuđáng lưu ý là khi làm cho các phân tử các chất khác phân ly thành ion thì bản chấtnước lại tỏra rất bền vững

-Nước còn là dung môi trơ về mặt hoá học: đa số các hợp chất hoà tankhông làm bản chất của nước thay đổi, nghĩa là không có tương tác hoá học xẩyra

I.2.3:Vai trò của nước trong đời sống và trong kỷ thuật:

a/Trong đời sống: Lượng nước trong cơ thể sống có thể lên đến 90%, chothấy, nếu không có nước, các cơ thể sống không tồn tại Nước giúp vận chuyểndinh dưỡng, giúp thải các chất độc trong cơ thể…Nước còn là môi trường , là tácnhân của các phản ứng sinh hoá mà không một cơ thể sống nào lại không có Nólàm tăng cường các quá trình sinh học như hô hấp, nẩy mầm, lên men…

b/Trong kỷ thuật, nước là tác nhân quan trọng để tạo ra nhiều chất, là chấtlàm lạnh, cung cấp nhiệt cho các động cơ Nó là nguyên liệu có thể tái tạo của một

số phản ứng hoá học Trong kỷ thuật hạt nhân, “nước nặng”- là một dạng củanước, đóng vai trò làm chậm lại phản ứng phân rã của nguyên tử trong các lò phảnứng hạt nhân

I.3:Các hợp chất hữu cơ trong thảm thực vật:

Để xem xét các hợp chất hữu cơ có trong thảm thực vật, chúng ta khảo sát

sự biến hoá các chất dinh dưỡng trong thực vật qua con đường sinh tổng hợp củachúng:

CO2 H O 2

hv

NUCLEOSID RNADNA

+

+

CO 2 _ OP

HO OH OH

S COENZIM A

PROTEIN ENZIM ALCALOID

TERPENOID STEROID CAROTENOID POLYPHENOL

O

OH

OH 2

Quá trình quang hợp là một quá trình rất phức tạp, được xúc tác bằng cácsắc tố xanh chlorophyl và các enzym khác nhau với năng lượng của ánh sáng mặttrời.Từ monosacarid, thực vật tổng hợp tiếp saccarozơ, tinh bột, xenlulozơ

Để tổng hợp saccarozơ, fructzơ-6-photphat sinh ra trong quá trình quang

hợp , với xúc tác là enzim izomeraza, có thể chuyển thành glucozơ-6-photphat Sau đó lại chuyển tiếp thành glucozơ -1-photphat nhờ enzim photphogluco- mutaza Sản phẩm này tác dụng với uridin triphotphat(UTP) cho UTP-glucozơ.

UTP-glucozơ lại kết hợp với glucozơ-1-photphat sinh ra saccarozơ photphat vàcuối cùng là saccarozơ Các polysaccarit khác cũng được tổng hợp nhờ sự trunggian của glucozơ-1-photphat

I.3.2:Sự hình thành TERPENOID, STEROID, CAROTENOID

Khi cây cối hấp thụ CO2 , con đường quang hợp tạo nên sản phẩm đầu tiên

là axít 3 – photphoglyxeric (3 – PGA) rồi đồng phân hoá, oxi hoá và khử đến sảnphẩm axít purivic:

I

I.3.3:Sự hình thành ALCALOID:

Trước đây người ta cho rằng nhân cơ bản của các alcaloid là do cácchất đường hay thuộc chất của đường kết hợp với amomac để có nitơ mà sinh ra.Ngày nay bằng phương pháp dùng các nguyên tử đánh dấu (đồng vị phóng xạ)người ta đã chứng minh được Alcaloia tạo ra từ các acid amin

Vì Cl4 và N15 có tính phóng xa,ï tia  phát ra có thể trực tiếp tác dụng lênnhũ dịch thuốc ảnh nên có thể chụp X quang hoặc đo bằng máy đo phóng xạ.Người ta đã dùng acid amin có C14 và N15 trong các thí nghiệm Những acid aminnày được giả thiết là tiền chất của alcaloid đưa vào môi trường nuôi cấy hoặc cóthể tiêm vào thân cây hay rắc lên bề mặt của lá Alcaloid tạo ra trong cây đượcchiết xuất và phân lập, người ta thấy alcaloid này có tính phóng xạ Làm phản ứngphân hủy để tìm xem phần nào của alcaloid có nguyên tố phóng xạ Qua thựcnghiệm đã chứng minh được nguyên tử nitơ và hầu như mọi trường hợp cácnguyên tử cacbon của acid amin đều nằm trong cấu trúc nhân cơ bản của alcaloid.Ngoài ra, trong cấu trúc alcaloid còn có những hợp chất khác như gốc acetat, hemihoặc monotecpen tham gia vào Những công trình nghiên cứu về sinh tổng hợpcác alcaloid đi từ tiền chất là acid amin rất phong phú, sau đây chỉ nêu tóm tắt một

số nhóm alcaloid tiêu biểu

Qua định tính và định lượng alcaloid trong các bộ phận khác nhau của cây

và theo dõi sự thay đổi của chúng trong quá trình phát triển của cây người ta thấynơi tạo ra alcaloid không phải luôn luôn là nơi tích tụ alcaloid Nhiều alcaloidđược tạo ra ở rễ lại vận chuyển lên phần trên mặt đất của cây Sau khi thực hiệnnhững biến đổi thứ cấp chúng được tích luỹ ở lá, quả hoặc hạt Người ta đã chứngminh alcaloid chính trong cây Benladon là L - Hyoscyamin được tạo ra ở rễ, sau

đó chuyến lên phần trên mặt đất Khi cây một tuổi thân cây chứa nhiều alcaloidhơn lá, khi cây 2 tuổi thân cây hoá gỗ nhiều hơn, hàm lượng alcaloid giảm xuống,hàm lượng alcaloid ở phần ngọn đạt được mức tối đa vào lúc cây ra hoa và giảm đikhi quả chín

I.3.4 Sự hình thành PROTEIN:

Sinh tổng hợp protein là quá trình cực kỳ phức tạp diễn ra chủ yếu ở các

riboxom, với sự tham gia của axít deoxiribonucleic (AND) và axít ribonucleic

(ARN) thông qua ATP (axít triphotphoglixeric)

CHƯƠNG II HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG THAN, DẦU MỎ, KHÍ ĐỐT.

Cấu tạo chính của than, dầu mỏ, khí đốt là cacbon và hydro với nhữngthành phần khác nhau Bản chất xa xưa của chúng chính là các thảm thực vật rộnglớn trên trái đất, trải qua những biến động địa lý, bị chôn vùi trong những điềukiện đặc biệt mà tạo thành

II.1 Sự hình thành than, dầu mỏ, khí đốt.

II.1.1:Sự hình thành than bùn, than nâu, than đá và than antraxít:

Mỗi loại than trên đây thể hiện một giai đoạn biến đổi của di tích thực vật.Than bùn là giai đoạn đầu trong quá trình hình thành than mỏ Do đó, than bùntừng được xem là một loại than đá đang hình thành Trên cơ sở này, người ta đãthử nghiệm bằng cách ép than bùn ở áp suất cao, và sản phẩm thu được gần giốngvới loại than đá Trước đây, đã có một số công ty chất đốt trên thế giới cũng đưavào sản xuất loại than đá nói trên

Từ than bùn đến than anthraxit rõ ràng có sự thay đổi thành phần hóa học mộtcách rõ ràng và được thể hiện qua các giá trị điển hình sau đây:

Sự biến đổi từ thực vật đến antharxit được chia thành 2 giai đoạn :

-Giai đoạn sinh hóa: là giai đoạn trong đó có sự biến đổi từ thực vật sang than

bùn Giai đoạn này xảy ra nơi các đầm lầy Thời gian hình thành từ hàng trăm đếnhàng nghìn năm và hiện nay vẫn còn tiếp tục ở nhiều nơi Vị trí hình thành củathan bùn là ở gần mặt đất

-Giai đoạn địa hóa : gồm một loạt các biến cố liên tiếp liên quan đến các tác động

địa chất Than bùn lần lượt bị chôn vùi và bị nén ép dưới các lớp đá trầm tích

khác Chất bốc tiếp tục thoát ra, đồng thời tỉ lệ cacbon càng gia tăng theo thờigian Than bùn lần lượt biến thành than nâu, từ than nâu sang than đá, rồi từ than

đá sang than anthraxit Hình sau là một trong những thí dụ của sự biến đổi đó

Thông thường, khi các lớp đá bị uốn nếp, chất bốc trong than càng lúc càng

bị mất đi và tỉ lệ cacbon càng tập trung cao Do chất bốc thấp, anthraxit khó bốccháy và khi đốt hầu như không có khói Ngược lại, than bùn hoặc than nâu bốccháy dễ dàng và tỏa ra nhiều khói

II.1.2:Sự hình thành dầu mỏ và khí đốt:

Tương tự như than đá, dầu mỏ và khí đốt được hình thành trên cơ sở mộtlượng lớn động, thực vật bị chôn vùi trong lòng đất trong những điều kiện rất đặcbiệt Khác với sự hình thành các mỏ than, trong thành phần của dầu và khí, có mộtlượng lớn hydro, nằm trong công thức chung là CnH2n+2+( các bon chiếm 83,5-87%, còn hydro chiếm từ 11,5-14%, chính hàm lượng H cao so với cac bon giảithích trạng thái lỏng của dầu mỏ.) Quá trình hydro hoá bỡi nguồn hydro ở đâu đótrong lòng đất đã làm cho sự hình thành dầu và khí khác với sự hình thành củathan

Dầu mỏ hình thành và có thể di chuyển khỏi nơi xuất hiện ban đầu dưới tácđộng của các biến đổi địa chất Dầu mỏ thường ở sâu dưới lòng đất khoảng 2000

m trở lên

Khí dầu tồn tại dưới hai dạng: khí đồng hành và khí thiên nhiên Khí đồnghành là lượng khí hoà tan trong dầu trong điều kiện áp suất lớn Khi khai thác, nótách khỏi dầu và cùng theo với ống dẫn lên trên, nên ở bất kỳ giếng khai thác nào,cũng kèm theo một đường ống để đốt bỏ lượng khí đó

Khí thiên nhiên tồn tại trong một số mỏ không có dầu, có thể khai thác đểlàm nhiên liệu

II.1.3.Thành phần hoá học của dầu mỏ và khí tự nhiên:

Thành phần chủ yếu tạo nên dầu khí là hydrocarbon Những phân tửhydrocarbon này khác nhau bỡi số lượng nguyên tử cacbon và cách sắp xếp cácnguyên tử C, từ đó hình thành nên những nhóm hydrocarbon với cấu trúc hoá họckhác nhau và có tính chất rất khác nhau

a-Nhóm hydrocarbon parafin (còn gọi là nhóm hydrocarbon alkan hay hydrocarbon no), có công thức tổng quát CnH2n+2 Trong đó, n là số carbon trong

Than bùn

Đầm lầy

Than Antraxít

mạch phân tử Khi n nhỏ(n=1,2,3,4), hydrocarbon có dạng khí Khi n từ 5 đến 17,hydrocarbon tồn tại ở dạng lỏng Khi n có trị số từ 18 trở lên, hydrocarbon tồn tại

ở dạng rắn Như vậy, trong dầu mỏ tồn tại đồng thời cả ba dạng hydrocarbon nóitrên Nếu nhóm hydrocarbon này liên kết thành mạch thẳng gọi là normal, nếu cómạch nhánh, gọi là iso parafin

b-Nhóm hydrocarbon naphten (còn gọi là hydrocarbon vòng no), có côngthức tổng quát CnH2n Nhóm hydrocarbon này thường là vòng năm, sáu và cácđồng đẵng iso của chúng

c-Nhóm hydrocarbon aromat(hydrocarbon thơm) có công thức tổng quát làCnH2n-6.Tiêu biểu cho nhóm này là benzen, toluen, xilen…

d-Các thành phần khác như lưu huỳnh, photpho, kim loại vi lượng, muốicũng tồn tại trong dầu mỏ

II.2 Sự hình thành than bùn

II.2.1 Định nghĩa

Than bùn là sản phẩm phân hủy của thực vật, màu đen hoặc nâu, xuất hiệntừng lớp mỏng dưới dạng thấu kính Đây là một hỗn hợp của thực vật đầm lầy đủloại; mùn, vật liệu vô cơ và nước, trong đó di tích thực vật chiếm hơn 60% Nếu

trong đất chứa từ 10-60% di tích thực vật thì được gọi là đất than bùn hay đất hữu

cơ Than bùn có thể chứa từ 50-60% cacbon khi khô, nên than bùn là loại nhiên

liệu đốt cháy và sau khi cháy để lại khoảng 5-50% chất tro Khi cháy, than bùnphát ra nhiều khói và có mùi hôi Nhiệt lượng cháy khoảng 2000 – 5000 calo

Hiện nay, một số đầm lầy than bùn vẫn tiếp tục hình thành Sự phân hủycủa các giống, loài thực vật xảy ra trong nước dưới ảnh hưởng của khí hậu ẩm ướt.Vật liệu bị phân hủy tích tụ ngay tại nơi của thực vật sinh sôi nảy nở Các giống

loài thực vật phát triển trong nước, sau khi chết, bị than hóa hoặc mùn hóa trong

điều kiện không có không khí Sự than hóa hay mùn hóa là kết quả của sự phânhủy của thực vật dưới tác động của vi sinh vật (vi khuẩn, nấm ) Hiện tượng nàyđòi hỏi một thời gian lâu dài hàng trăm hoặc hàng ngàn năm Diễn tiến của sự thanhóa có thể quan sát dễ dàng nơi các mỏ than đang được khai thác qua sự phân lớpcủa nó

II.2.2 Bề dày, cấu trúc và tốc độ trầm tích của than bùn

Bề dày của than bùn rất thay đổi tùy loại đầm lầy mà nó hình thành, thôngthường từ vài chục cm đến vài ba met nhưng ít khi quá 10m Than bùn của cáclòng sông cổ thường có bề dày lớn nhất Than bùn lòng sông cổ ở Đức Huệ có bềdày là 6m, than bùn ở sông cổ Lung Mớp Văn Tây (Kiên Giang) bề dày lớn nhất là8m.Trong các mỏ than đã trưởng thành, thường phân biệt được 2 lớp khác nhauđược phân biệt từ trên mặt xuống :

-Lớp than bùn nâu : xốp, nhẹ, tổ chức xốp được cấu tạo bởi thực vật có độphân huỷ kém

-Lớp than bùn đen : nén dẽ và tổ chức chặt hơn, được cấu tạo bởi thực vật

có độ phân huỷ cao hơn, đôi khi không còn nhận ra được loại thực vật tạo thành

Trong một số trường hợp đặc biệt, trong các lớp than bùn nói trên, cónhững lớp sét hoặc sét mỏng Những lớp sét hoặc sét mỏng này là do lũ lụt đemlại.Theo tài liệu phân tích được hiện nay, phần lớn, than bùn nhiệt đới đều có tuổinhỏ hơn 10.000 năm Một số mẫu phân tích bằng phương pháp C14 cho thấy thanbùn ven biển ở các nước Đông Nam Á đều có tuổi khoảng 6000 năm trở lại Thanbùn Sarawak có tuổi lớn nhất là 4.300 năm Ở đồng bằng Sông Cửu Long, thanbùn U Minh có tuổi 900 năm, than bùn Lung Lớn (Kiên Giang) có tuổi là 2.605năm Dựa vào tuổi tuyệt đối và bề dày của mỏ than, có thể tính được tốc độ trầmtích trung bình của than bùn Than bùn ở Sarawak có tốc độ trầm tích từ 2-5mm/năm, than bùn U Minh và Lung Lớn có tốc độ trầm tích chừng 1- 2mm/ năm Tốc

độ này khác nhau nơi mỗi loại đầm lầy

II.2.3 Nguồn thực vật tạo than

Khác với các loại trầm tích, than bùn không trải qua các giai đoạn xâmthực, vận tải và trầm tích Than bùn chỉ tích tụ nơi nào mà thực vật đang pháttriển, vì tại các mỏ than, còn tìm thấy đi tích các thân cây lớn hoặc các gốc cây lớnđâm rễ trong các lớp đất nằm bên dưới.Thực vật tạo than gồm những giống loàiđang sống hiện tại Tuy nhiên, thảm thực vật trên các mặt mỏ than thường khôngphản ánh lại thảm thực vật đã tạo thành mỏ than bên dưới.Than bùn Việt Namthuộc loại than bùn nhiệt đới nên có sự ưu thế về thành phần thân thảo, khác vớithan bùn ôn đới có thành phần địa tiền và thân thảo.Các giống loài phổ biến trongcác loại than bùn ở Nam Việt Nam là : Đước, Mắm, Bần, Giá, Dừa Nước, Tràm,Ráng, và các giống loài thuộc họ thân thảo…

II.2.4.Điều kiện hình thành than bùn

Than bùn chỉ được tạo thành do sự hội tụ một số điều kiện đặc biệt, trong

đó nước là yếu tố chủ đạo

II.2.4.1 Nươc

Nước là tác nhân chính trong sự tạo than Nước không những là nhu cầucần thiết cho sự phát triển nhanh chóng của thực vật mà còn có nhiệm vụ bảo vệthan bùn khỏi tiếp xúc với không khí Bề mật của than bùn không thể nào vượt quámức nước Tuy nhiên nước thường chứa các loại axit hòa tan do các vi khuẩn tiết

ra trong quá trình phân hủy thực vật Các axit này, trong chừng mực nào đó, lại tácdụng một các có hiệu quả bằng cách tiêu diệt ngược lại các vi khuẩn Do vậy, quátrình phân hủy thực vật có lúc bị ngăn cản

Độ sâu của nước rất cần thiết cho sự phát triển của thực vật Để thực vậtphát triển phong phú, nước cần có một độ sâu vừa phải để thực vật bắt rễ Vả lại,dòng chảy phải thật chậm để các vi khuẩn không bị dòng nước cuốn đi nhanhchóng Các loại thực vật này không thể sống được khi độ sâu của nước quá lớn.Theo Moore (1940), độ sâu cực đại khong vượt quá 2m Hơn nữa, sự bảo tồn củathan bùn cũng đòi hỏi sự hiện diện của nước Nhưng một điều quan trọng là giới

hạn của mực nước cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của mỏ than Nếu mực nướcdâng nhanh hơn sự phát triển của thảm thực vật, thảm thực vật và than bùn sẽ bịchìm ngập vì độ sâu của mực nước quá lớn Thực vật sẽ chết và sự phát triển của

mỏ than bùn cũng sẽ kết thúc

Một điểm quan trọng khác là nước phải trong, nghĩa là vật liệu trầm tíchtrong nước càng ít càng tốt Nước giàu bùn hoậc giàu cát sẽ ngăn cản sự phát triểncủa mỏ than Trong trường hợp này, nếu mỏ than được hình thành cũng chỉ ở dạngsét than mà thôi, nghĩa là không có được nhứng mỏ than tốt

II.2.4.2 Đặc điểm đáy của đầm lầy.

Vật liệu nơi đáy của các đầm lầy cũng đóng góp một phần quan trọng trong

sự tạo than Trong môi trường tích tụ than, nếu đáy là sét, điều kiện tạo than sẽ dễdàng hơn trong môi trường do cát khống chế

II.2.4.3 Khí hậu

Khí hậu cũng đóng góp một phần đáng kể trong sự tạo than Điều kiện thíchhợp cho sự tạo than là : khí hậu ẩm ướt, lượng mưa trung bình và phân bố đều đặntrong năm

II.2.4.4 Sự sụt lún

Đối với than bùn ven biển, sự sụt lún dọc theo bờ biển là điều kiện thíchhợp cho sự tích tụ than Nếu tốc độ sụt lún và tốc độ phát triển thực vật tươngđương là điều kiện tốt nhất

II.4.Sự phân huỷ và độc tính của than bùn

Sự biến đổi từ các tàn tích thực vật sang than bùn có liên quan đến nhữngtác động sinh hóa Tác động này tạo nên sự phân hủy từng phần của tàn tích thựcvật Phần còn lại tiếp tục bị phân hủy theo thời gian Than bùn có nhiều loại, mỗiloại phụ thuộc vào môi trường thành lập, thực vật, tính chất và thời gian tác độngcủa các loại vi khuẩn Than bùn cũng có nhiều cấp tốt xấu khác nhau, mỗi cấp tùythuộc vào mức độ phân hủy của nó

Như đã biết, khi một thân cây đổ trên mặt đất khô khan, cây sẽ bị phân hủy và cácthành phần phức tạp của cây bị phá hủy Cacbon, hydro, oxy hợp với oxy khíquyển để tạo thành CO2 và H2O để đưa trở lại khí quyển Cây bị mủn nát dần vàkhông có sự tích tụ than

Ngược lại, khi thực vật rơi trong nước, sự phân hủy xảy ra với một nhịp độchậm chạp vì sự oxy hóa bị ngăn chặn Như vậy, trong điều kiện thừa độ ẩm vàtrong môi trường thiếu không khí, sự phân hủy của thực vật xảy ra không hoàntoàn Sự biến đổi sinh hóa trong đầm lầy làm phóng thích oxy và hydro Hai loạikhí này hòa hợp với các loại khí khác trong đầm lầy để tạo ra khí methan có mùithối và khí cacbonic, còn cacbon ngày càng được tập trung cao hơn Do đó, ta có

sự tạo than trong các đầm lầy

Trong quá trình phân hủy, các loại vi khuẩn tác động mạnh nhất ở gần mựcnước Các thành phần của thực vật bị phân hủy cùng một lượt, nhưng có chất bịphân hủy dễ và có chất bị phân hủy khó và chậm Các chất dễ bị phân hủy nhưnguyên sinh chất, tinh bột…., các chất dễ bị phân hủy như nhựa cây, sáp, cutin…

Các thành phần thường rơi vào đáy của đầm lầy.David- White (1967), trong côngtrình nghiên cứu của mình, đã đưa ra kết quả của sự phân hủy như sau:

Con số trong vòng ngoặc đơn là thứ tự mà vi khuẩn tác động Theo đó, sáp

và nhựa cây là các chất khó bị phân hủy, do đó sự phân hủy diễn ra chậm nhất

II.5.Tính chất vật lý của than bùn.

II.5.1.Màu sắc của than bùn

Màu sắc của than bùn thay đổi theo thành phần cấu tạo, tuổi của than và các điềukiện khống chế khi tạo thành

Do sự phân hủy không hoàn toàn, than bùn là một chất xốp nhẹ, màu nâu hoặcđen Than bùn phân hủy càng cao, càng sẫm màu và sự nén dẽ càng lớn Trongthan bùn, có thể tìm lại di tích thực vật và đôi khi một ít khoáng chất Các khoángchất này thường là sét, bột hoặc cát và do nước hoặc gió đem lại trong quá trìnhtrầm tích Thường thường các khoáng chất này do vật liệu từ các vùng lân cậncung cấp Chính sự hiện diện của các khoáng chất này đã làm cho than bùn đổimàu

II.5.2.Nước trong than bùn.

Than bùn không thể hình thành được nếu không có nước Nơi tạo than lànơi ẩm ướt Do đó, than bùn có một tính chất rất độc đáo : đó là tính hút nước mộtcách mạnh mẽ Chính đặc điểm này tạo nên những bất lợi về mặt kinh tế : honglâu khô, sấy lâu khô, tốn kém vì di chuyển nặng nề

Khi còn nằm trong đầm lầy, than bùn có thể chứa 80 – 90% nước, đôi khiđến 95% Khi đưa than bùn lên khỏi mặt đât, lượng nước có thể giảm xuống cònkhoảng 60-70%, do hiện tượng phơi khô tự nhiên Có thể tiếp tục giảm lượngnước trong than bùn hơn nữa bằng cách phơi ngoài trời, hong nắng hoặc bằng cácphương nhân tạo khác Than bùn thương mại, sau khi hong khô tự nhiên, chỉ còngiữ lại một lượng nước khoảng 25- 30% Trong phòng thí nghiệm, bằng phươngpháp sấy nhân tạo có thể rút nước xuống còn khỏang 15% hoặc có thể sấy khôhoàn toàn ở nhiệt độ 1050C

Nước trong than bùn thuộc nhiều dạng khác nhau:

-Nước ở trạng thái tự do, đây là lượng nước nằm trong các lỗ hổng của khối thanbùn Nước này có thể tách ra dễ dàng khi đưa than bùn từ mỏ lên bãi tập kết.

-Nước mao dẫn : nước này mất đi dễ dàng khi hong khô tự nhiên

-Nước hấp phụ : đây là lượng nước do các keo mùn hấp phụ Nước này khó tách rađược kể cả khi hong sấy tự nhiên hoặc ép nhân tạo

Nước do các keo mùn hấp phụ có một ý nghĩa rất quan trọng Khi than bùn

đã được sấy khô (thường là than bùn thương mại ) chất keo mùn rất bền và không

có khả năng tái hấp phụ lượng nước mất đi khi sấy khô Như vậy nước hấp phụ dokeo mùn chỉ có tác dụng một chiều Lợi dụng tính chất này, than bùn mới khaithác lên, đem nhào trộn cẩn thận rồi đem phơi khô ngoài trời sẽ tạo ra một loạithan bùn rắn chắc và ổn định và có khả năng giữ lại nước rất ít ỏi Ngược lại, nếuphơi khô than bùn tự nhiên mà không nhào trộn, ta chỉ có một loại than bùn ít rắnchắc Loại than bùn này sẽ phân rã một cách dễ dàng vì có khả năng giữ lại nước

dễ dàng hơn các loại than bùn bị ép hoặc bị nhào trộn

Toàn bộ lượng nước chứa trong than bùn được gọi là độ ẩm chung của than

bùn và được kí hiệu Wch Khi đưa than bùn từ mỏ lên và phơi ngoài trời, một

phần nước bị mất Phần nước này được gọi là độ ẩm ngoài (Wng) Nếu sấy than ở

nhiệt độ 1050C, than sẽ khô hoàn toàn Lượng nước mất đi trong quá trình sấy nàyđược gọi là độ ẩm trong hay độ ẩm phân tích (Wpt) , như vậy :

Wch = Wng + Wpt

II.5.3.Tỷ trọng

Thực sự, rất khó xác định tỷ trọng của than bùn vì tỷ trọng thay đổi theocấu trúc và mức độ khô nhiều hay khô ít của than bùn Thông thường, loại thanbùn còn nhiều xơ, sợi thường nhẹ và nổi trên mặt nước Trong khi đó , loại thanbùn mềm, nhão hoặc đôi khi lỏng thường có tỷ trọng gần bằng 1 Ở trạng thái khô( than bùn thương mại ) , than bùn bở, giòn , dễ vỡ Trong trường hợp này, tỷ trọnggiảm đi một cách đáng kể, có thể còn 0,5 Tuy nhiên, đối với loại than bùn phânhủy mạnh, keo bùn ưu thế than bùn sẽ cứng, chắc và tỷ trọng sẽ cao hơn Do đo,

dù than khô, tỷ trọng có thể lớn hơn 1

Sự khác biệt về tỷ trọng nêu trên đây còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bảnchất của thực vật tạo bùn, môi trường, mức độ phân hủy Than bùn càng chứanhiều khoáng chất, tỷ trọng càng tăn Đây là trường hợp chung của than bùn nhiệtđới, cụ thể là than bùn Việt Nam Các mẫu phân tích các loại than bùn ở Việt Namthường lớn hơn 1

II.5.4.Thể trọng

Thể trọng (D) của than bùn là trọng lượng của một đơn vị thể tích than bùn.Thể trọng được tính theo trọng lượng khô (g/cm3 hay Kg/cm3) Thể trọng là mộttrong những đặc điểm quan trọng của than bùn vì nhiều tính chất khác có liên quanchặt chẽ đến nó.Vì lý do này, có thể dùng thể trọng như một chỉ tiêu để phân loạithan bùn Thể trọng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nén dẽ, thành phần thực vật,mức độ phân hủy, thành phần khoáng vật, độ sâu lấy mẫu cũng như độ ẩm trongthời gian lấy mẫu Vì thế , thể trong thay đổi một cách rộng rãi từ loại than bùnphân hủy ít đến loại than bùn phân hủy nhiều và cũng thay đổi từ trên mặt xuống

đáy của mỏ than, do đó, muốn tính thể trọng của một mỏ than bùn, cần phân tíchnhiều mẫu và tính giá trị trung bình Than bùn ở các khu vực ôn đới có thể trọngnhỏ, thường khoảng 300-400 kg/cm3 Than bùn Nam Việt Nam, do lẫn nhiềukhoáng chất, thể trọng lớn hơn thường vào khoảng 600 kg/cm3.

II.6.Tính chất hoá học của than bùn

II.6.1.Hợp chất hữu cơ và thành phần nguyên tố

a.-Hợp chất hữu cơ

Thành phần các chất hữu cơ hoàn toàn phụ thuộc vào thực vật tạo than,mức độ phân hủy và môi trường trong đó than bùn được hình thành Khoa học vềthan bùn đã xác định được 5 nhóm hợp chất hữu cơ căn bản sau đây :

-Các hợp chất hữu cơ hòa tan trong nước

-Các hợp chất hữu cơ hòa tan trong ete và rượi

-Xenluloz và hemixenluloz

-Lignin và các chất dẫn xuất từ lignin

-Hợp chất nito

Các hợp chất hòa tan trong nước chủ yếu là polisacarit, đơn đường và một

ít tanin Thành phần của các hợp chất này dao động từ 5-10% tùy theo mức độphân hủy

Các hợp chất hòa tan trong ete và rượi gồm có axit béo, sáp , resin,…Thànhphần các hợp chất này liên quan chặt chẽ đến thực vật tạo than và càng tăng khituổi của than bùn càng lớn Ví dụ than bùn rêu Sphagnum có thể chứa đến 15%cacbonhydrat hòa tan trong khi đó than bùn lau-sậy chứa không tới 5%

Thành phần Xenluloz và hemixenluloz chiếm khỏang 5-40% Than bùnthân gỗ thường có hàm lượng xenluloz và hemixenluloz thấp

Lignin và các chất dẫn xuất từ lignin thường có thành phần lớn nhất vìlignin ít bị rửa trôi hơn các chất khác Lignin cũng rất bền đối với sự tác động của

vi sinh vật Thực vật tạo than có ảnh hưởng đến thành phần của Lignin Ligninthường dao động trong khoảng 20-50% Than bùn thân gỗ ở các vùng nhiệt đớiđặc biệt có hàm lượng lignin rất lớn Ví dụ than bùn thân gỗ của đầm lầy ven biển

ở Bornéo (Indonesia) có hàm lượng lignin đến 75% Tương tự , than bùn ven biển

vì nó chiếm hầu hết thành phần của than Cacbon là thành phần chủ yếu của thanbùn Nó tỷ lệ nghịch với thành phần của oxy và hydro và cả tuổi của than Than

bùn càng già càng chứa nhiều cacbon Trong cùng một mỏ, loại than bùn có màuđen thường chứa nhiều cacbon hơn Thành phần cacbon quyết định khả năng sángtạo nhiệt của than bùn và nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp hóa học Tráivới cacbon, loại than bùn càng già càng chứa it oxy Vì vậy, trong các loại thannhư than bùn, than nâu, than đá, than anthraxit thì than bùn có hàm lượng oxy caonhất.

So với cacbon và oxy, hydro chỉ chiếm một lượng nhỏ trong than bùn.Cũng giống như oxy, than bùn càng già, hàm lượng hydro càng ít

Ba nguyên tố cacbon, oxy, hydro chiếm gần hết thành phần nguyên tố.Phần còn lại dành cho nhiều khoáng chất khác, trong đó mỗi khoáng chất chỉchiếm một tỷ lệ rất nhỏ Các nguyên tố thường gặp trong các loại than bùn ở ViệtNam là :N, P, K, S, Zn, Mg, Mn, Al, Fe, Pb, Cu…Đối với than bùn nghiệt dới,như than bùn Việt Nam, hàm lượng sắt và nhôm thường cao và đặc biệt là cao hơnthan bùn ôn đới

II.6.2.Tro hay khoáng chất

Tro là chất vô cơ không cháy được Đó là thành phần còn lại sau khi than

đã cháy hết Thành phần của tro rất đa dạng : sét, bột, cát và các chất khác Đốivới than bùn, tro được coi là chất dơ Tro phụ thuộc vào bản chất của thực vật,chất khoáng lẫn trong than bùn, độ phân huỷ của than bùn Thường thường, loạithan bùn thuộc loại thân gỗ có nhiều tro.Tro trong than bùn đựơc cung cấp từnhiều nguồn khác nhau

-Khoáng chất : các khoáng chất này được đưa vào các mỏ than bùn tronggiai đoạn tạo than chứ không phải do thực vật tạo ra : do trọng lực, do gió và phầnlớn do sông, suối đem lại Đó là sản phẩm của các loại đá như sạn sỏi, cát, bộthoặc sét…

-Kết tủa hóa học hoặc sinh học : Đây là sản phẩm như vôi, photphat, pyrit,sunfat sắt Có thể nhận diện các thành phần này bằng mắt thường hoặc kính hiểnvi

-Di tích động vật : đây là sản phẩm của các động vật có xương sống, di tíchcủa các loại vỏ, vôi của các loại nhuyễn thể( Mollusca), vỏ sílic của các loại tảo(Diatomease)… Tất cả các sản phẩm trên đây có thể nhận diện bằng mắt thườnghoặc kính hiển vi

-Các nguyên tố hóa học mà thực vật đã hấp thụ trong đất : các khoáng chấtnày tham gia trong thành phần cấu tạo của thực vật Đó là Si của các họ Hòa thảo (Poaceae), họ Cói (Cyperaceae), muối Ca, Fe, K, Mg, Na…Tất cả các sản phẩmnày rất khó nhận diện dưới kính hiển vi, chỉ biết được sau khi phân tích hóa họccủa tro

Ngoài các khoáng chất kể trên, cần ghi nhận thực vật cũng có khả năngđồng hóa một số khoáng chất vi lượng trong môi trường đầm lầy để phát triển Cáckhoáng chất đã tìm thấy trong tro của một số mỏ than bùn.Ngoài thực địa, theokinh nghiệm có thể lầm lẫn khi đánh giá mức độ ròng của than bùn chỉ dựa trênmàu sắc Thực vậy, một loại sét hoặc cát ẩm ướt có màu đen từ các kênh, mương

đưa lên thường tạo cho ta có cảm giác đó là một loại than bùn, nhưng thực chất đó

là một loại set than có độ mùn rất thấp Khi đưa mẫu về phòng thí nghiệm phântích và soi dưới kính hiển vi sẽ thấy ngay sự lầm lẫn đó.Tất cả tro trong than bùnthường được gọi là độ tro và được kí hiệu là A Độ tro là một trong những chỉ tiêu

để đánh giá chất lượng của than bùn.Mỗi nước thường có một quy định riêng đểđánh giá và sử dụng than bùn Sau đây là vài ví dụ để tham khảo

Ở Ailen, than bùn được chia ra:

+ Than bùn tốt : độ tro < 5% (trong lượng than )

+ Than bùn trung bình : độ tro từ 5-10 %

+ Than bùn xấu : độ tro 10-25 %

Ở Nga ( V.V Kraxulin, 1981), than bùn được chia ra :

+ Than bùn ít tro : độ tro < 10%

+ Than bùn trung bình : độ tro từ 10-30%

+ Than bùn xấu : độ tro > 30%

Than bùn có độ tro > 35% được xem là không có giá trị trong công nghiệp

Ở Việt Nam, than bùn được quy định rộng rãi hơn Được gọi là than bùnthực sự khi than bùn có độ tro < 50%

II.6.4.Chất bốc

Chất bốc là sản phẩm khí và hơi do sự phân hủy của các chất hữy cơ tách rakhỏi than bùn khi nung nóng ở nhiệt độ 9000C trong điều kiện không có khôngkhí Thành phần khí gồm có : oxy, hydro, nitơ, mêtan, khí cacbonic,hydrosunfua…Chất bốc phụ thuộc rõ rệt vào tuổi của than bùn Chát bốc lớn nhất

ở than bùn rồi giảm dần từ than bùn xuống than nâu và than đá.Chất bốc là chấtgây nên hiện tượng cháy Ngược lại, cacbon là nguồn cung cấp hơi nóng, bềnvững và lâu dài hơn chất bốc Tỷ lệ giữa cacbon và chất bốc nói lên đặc điểm quan

trọng của than Tỷ lệ này được gọi là tỷ lệ đốt cháy Tỷ lệ này cao ở than anthraxit

và rất thấp ở than nâu hoặc than bùn Chất bốc là một trong những chỉ tiêu cho biếtmức độ biến chất của than bùn và được kí hiệu là V

II.6.5.Lưu huỳnh

Lưu huỳnh được xem là chất dơ của than bùn Đó là chát độc cho cây trồng

và có mặt trong than bùn dưới dạng hữu cơ, sunfat hoặc pyrit ( S2Fe) Vì lưuhuỳnh là một aminoaxit cho nên lưu huỳnh có mặt trong hầu hết các giống loàithực vật Tuy nhiên, lưu huỳn nhiều hay ít cũng tùy thuộc vào loại thực vật tạo ra

nó Than bùn Sphagnum chứa lưu huỳnh thấp, từ 0,05-0,25 % ( Bear, 1955) Thanbùn do các loại thực vật như lau, sậy, cây bụi hoặc thân gỗ có hàm lượng lưu

huỳnh cao hơn, thường 0,2 – 1,5 % Than bùn thuộc các đầm lầy ven biển ViệtNam chứa lưu huỳnh dưới dạng pyrit với hàm lượng rất cao, có thể lên đến 4%hoặc hơn.

Lưu huỳnh là một chỉ tiêu để đánh giá chất lượng than Than bùn càng tốt càng ítlưu huỳnh

II.6.6.pH của than bùn

pH là một thông số quan trọng và có thể xác định một các dễ dàng Từ pH

ta có thể hiểu phần nào về sự hình thành loại than bùn Than bùn Nam Việt Nam làthan bùn nhiệt đới, đặc biệt là than bùn thuộc các đầm lầy ven biển, chứa nhiềupyrit (S2Fe) nên pH thường thấp (3 – 4,5) hoặc đôi khi rất thấp (2,5) Tuy nhiên,các loại than bùn thuộc lòng sông cỏ hoặc các thung lũng giữa các núi có pH caohơn

Chất cơ bản tạo nên chất mùn là lignin Tất nhiên, lignin là một chất rấtbền Lignin gặp ở hầu hết các giống thực vật thượng đẳng.Thành phần hóa học củachất mùn gồm có : cacbon, oxy, hydro, và nitơ Ngoài các chất cơ bản trên đây,chất mùn còn chứa lưu huỳnh , photpho, canxi, kali, và một số nguyên tố vi lượngkhác

Có thể chia chất mùn thành các loại chính sau đây :

-Axit fulvic : hòa tan trong nước, kết tủa trong axit thường có màu vàng hoặc nâuvàng Thành phần cacbon thường nhỏ hơn 55%

-Axit hymetomelanic : không hòa tan trong nước Thành phần cacbon vào khoảng65%

-Axit humic : không tan trong nước, không tan trong rượi, hòa tan trong các dungdịch kiềm Thành phần cacbon vào khỏang 58%

Trong ba loại axit trên, axit humic là chất mùn phổ biến và quan trọng hơn

cả Các axit fulvic và hymetomelanic được xem là những sản phẩm dẫn xuất từaxit humic Axit humic hỗn hợp với các nguyên tố khác như : N, K, Na, để tạothành các loại muối humat có hoạt tính cao và là chất kích thích tăng trưởng chocây trồng

II.6.8.Axít Humic.

Axít Humic là thành phần quan trọng và có giá trị cao trong than bùn Trênhình sau là ảnh SEM (scanning electron microscopy) của phân tử Humic:

Cấu trúc của Humic theo Stevenson:

CHƯƠNG III KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN THAN BÙN

Như đã biết, bản chất của các loại than bùn phụ thuộc vào nhiều yếu tốkhác nhau : tuổi địa chất, loại thực vật tạo than, mức độ phân hủy , địa hình, địamạo… Điều này cho thấy, việc sử dụng và chế biến than bùn không phải đềugiống nhau cho tất cả các loại than bùn Để việc sử dụng và chế biến than bùnđúng đắn và có lợi nhất, điều quan trong trước tiên là phải phân loại chính xác củatừng mỏ than

III.1.Phân loại than bùn.

III.1.1.Phân loại theo địa hình, địa mạo

Phân loại than bùn theo phương pháp này có liên quan đến địa hình, sự phátsinh và phát triển của đầm lầy Các điều kiện như thuỷ văn, nguồn gốc của đầmlầy, hoặc bản chất của than bùn đều có liên quan đến địa hình, dịa mao Trongcách phân loại theo địa hình, địa mao có thể chia :

-Dựa trên độ cao, có thể phân chia than bùn ra 2 loại : than bùn núi và thanbùn ven biển

-Dựa trên kiểu phân bố, có thể chia than bùn ra các loại : than bùn đầm lầymặn, than bùn đầm lầy lợ, than bùn đầm lầy ngọt, than bùn thung lũng…

-Dựa trên nguồn gôc của đầm lầy, có thể phân chia than bùn ra các loại :than bùn đầm lầy ven biển, than bùn lòng sông cổ, than bùn đọan sông bỏ, thanbùn bưng sau đê…

III.1.2.Phân loại theo đặc điểm hóa học

Dựa trên các chất dinh dưỡng của than bùn có thể chia than bùn ra ba loại :-Than bùn giàu chất dinh dưỡng

-Than bùn có chất dinh dưỡng trung bình

-Than bùn nghèo chất dinh dưỡng

Thường thường có mối quan hệ chặt chẽ giữa phân loại hóa học và vị trí địahình của than bùn Môi trường của than bùn giàu chất dinh dưỡng là do ảnh hưởngcủa lũ đem lại trong khi do than bùn nghèo chất dinh dưỡng vì nước trong và nướctrong mỏ than bùn chủ yếu là nước mưa

Than bùn cũng có thể phân loại theo tính chất hóa học vốn có của nó Sựphân loại này chủ yếu dựa trên các hợp chất hóa học hữu cơ của than bùn Đó làthành phần các hợp chất hữu cơ tan trong nước, tan trong ete, trong rượi, hàmlượng của xeluloz, lignin, axit humic…

Các đặc điểm này dùng để đánh giá hướng sử dụng của than bùn trong côngnghệ và dự đoán tốc độ phân giải của than bùn

III.1.3.Phân loại theo nguồn gốc thực vật

Phân loại than bùn theo nguồn gốc thự vật dựa trên kết quả phân tích thạnhphần của thực vật tạo than Tùy theo mức độ phân tích, phương pháp phân loại cóthể khác nhau

a.-Khi một giống, loài khống chế trong thành phần của than bùn, than bùn

đã mang tên giống lọai đó Ví dụ : một loại than bùn có thành phần thực vật tạo

than khống chế bởi giống Carex (>50%), than bùn được gọi tên là than bùn Carex Tương tự như thế, nếu loại than khống chế bởi Sphagnum fuscum hoặc Phragmité, than bùn được mang tên than bùn Sphagnum fuscum hoặc than bùn Phragmites.Khi có hai giống khống chế trong thành phần của thực vật tạo than,

giống nào ưu thế sẽ được đặt trước Ví dụ một loại than bùn có thành phần củathực vật tạo than khống chế bởi hai giống Carex và Sphagnum trong đó thành

phần của Carex trội hơn, than bùn được mang tên than bùn Carex-Sphagnum.

Trong một mỏ than có thể có nhiều lớp than khác nhau, trong đó mỗi lớpứng với một giai đoạn phát triển thì mỏ than đó cũng phân ra nhiều loại khác nhau

Ví dụ, mỏ than sau đây gồm 3 lớp thực vật khống chế: lớp sâu nhất khống chế bởigiống Carex, lớp thứ hai khống chế bởi Equisetum, lớp trên cùng là Sphagnum.Như vậy mỏ than có ba loại kể từ trên xuống :

than bùn Syperaceae, than bùn Sphagnaceae…

c-Sự phân loại có thể dựa trên tổ hợp thực vật cùng sống thích nghi trong

cùng một môi trường Ví dụ : than bùn cây bụi, than bun thân thảo, than bùn thân

gỗ, than bùn rừng ngập mặn Tùy theo mức độ khống chế của từng nhóm, ta có thể đặt tên cho nhiều loại than bùn khác nhau : than bùn thân gỗ-thân thảo.

Ở đây cũng cần lưu ý trong cùng một mỏ than có nhiều lớp than bùn khácnhau do điều kiên phát triển thực vật khác nhau trong quá trình đầm lầy hóa Ví dụthan bùn ven biển Nam Việt Nam thường có các lớp khác nhau từ dứơi lên : thanbùn đầm lầy măn, than bùn đầm lầy lợ và trên cùng là than bùn đầm lầy ngọt.Than bùn đầm lầy mặn được khống chế bởi thực vật rừng ngập mặn

Phân loại than bùn theo nguồn gốc thực vật là phân loại khá thực tế Vì vậy,nếu xác định được thành phần thực vật, ta có thể hiểu được đặc điểm của mỏ thanbùn liên quan Ví dụ, than bùn được hình thành từ lau, sậy thường có hàm lượngnitơ gấp 2-4 lần than bùn Rêu Sphagnum Than bùn ven biển Việt Nam là loạithan bùn giàu pyrit

III.1.4.Phân loại dựa trên độ phân hủy

Mức độ phân hủy hay mức độ hóa mùn của than bùn đặc trưng cho mức độ

chuyển hóa các chất hữu cơ trong xác thực vật để tạo thành than bùn Mức độphân hủy càng cao, quá trình biến đổi càng sâu Theo chiều hướng đó, các chấtnhư axit humic, bitum sẽ càng nhiều Các hợp chất dễ thủy phân và ít bền vữngcàng giảm.Thường có 2 phương pháp tính mức độ phân hủy , phương pháp ngoàithực địa và phương pháp trong phòng thí nghiệm

a-Phương pháp ngoài thực địa

Von Post và Granlund (1976) chia than bùn ra là 10 cấp khác nhau và được

kí hiệu từ H1 đến H10 Cấp H1 là loại than bùn ít phân hủy và sáng màu, cấp H10

là loại than bùn phân hủy nhiều nhất, tối màu và ở dạng keo

-Than bùn hoàn toàn không phan hủy (H1) : khi vắt trong tay, nước thoát ra lànước trong Di tích thực vật có hình thù rõ ràng và dễ xác định

-Than bùn hầu như khong phân hủy (H2): khi vắt trong tay, nước thoát ra là nướctrong hoặc nước hơi vàng Di tích thực vật có hình thù rõ ràng và dễ xác định.-Than bùn phân hủy rất ít (H3) : khi vắt trong tay, nước thoát ra có màu nâu Ditích thực vật có hình thù và còn xác định được

-Than bùn phân hủy ít (H4) : khi vắt trong tay, nước thoát ra có màu đen, nhưngthan bùn không phều ra giữa các ngón tay Di tích thực vật hơi khó xác định được.-Than bùn phân hủy trung bình (H5): khi vắt trong tay, nước thoát ra có màu nâusẫm với một ít than bùn phều ra giữa các ngón tay Di tích thực vật không xác địnhdược

-Than bùn phân hủy khá (H6): khi vắt trong tay khoản 1/3 than bùn phều ra giữacác ngón tay Cấu trúc than bùn là một thứ bùn nhão Di tích thực vật là hoàn toànkhông thể xác định được

-Than bùn phân hủy cao (H7): khi vắt trong tay, khoản 1 /2 than bùn phều ra giữacác ngón tay và nước thoát ra có màu rất đen

-Than bùn phân hủy rất cao (H8) : khi vắt trong tay, khoảng 2/3 than bùn phều ragiữa các ngón tay Di tích thực vật ít

-Than bùn phân hủy gần hoàn tòan (H9) : khi vắt trong tay, than bùn tạo thành mộtthứ hồ nhão khá đồng nhất Di tích thực vật rất ít

-Than bùn phân hủy hoàn toàn ( H10) : khi vắt trong tay, tất cả than bùn ướt đềuphều ra giữa các ngon tay

b-Phương pháp trong phòng thí nghiệm

Độ phân hủy của than bùn được tính bằng tỉ lệ giữa lượng thực vật đã phânhủy ( phần mùn ) và tổng lượng thực vật trong mẫu rồi tính tỷ lệ giữa chúng Cónhiều phương pháp để tính 2 thành phần nói trên : rây, ly tâm, kính hiển vi

Dựa trên mức độ phân hủy (R%) có thể phân chia than bùn thành các loạisau đây :

R= 1-20 : Than bùn phân hủy thấp

R= 21- 34 : Than bùn phân hủy trung bình

R> 35 : Than bùn phân hủy cao

có khả năng hấp thụ lớn, tỉ trọng nhỏ, nhẹ, nhiệt lượng cháy nhỏ thích hợp cho

việc độn, lót chuồng trại tại trại chăn nuôi hoặc làm các vật liệu cách âm, cáchnhiệt.

Đối với loại than bùn có độ phân hủy cao đều có hàm lượng bitum cao, tỷtrọng lớn, nhiệt lượng cháy cao, đặc biệt là hàm lượng axit humic rất cao Các loạithan bùn này là nguyên liệu rất thích hợp cho việc sản xuất than hoạt tính, sáp,nhựa, axit humic hoặc chế biến phân bón, chất kích thích tăng trưởng

III.2.1/Sử dụng than bùn làm giá đỡ để chuyển NPK vào đất

Ngoài đặc tính hoá học đã nêu trên đây, than bùn còn có một tính chất vật lý rấtquan trọng là có cấu trúc lỗ xốp rất phát triển Đó là di sản của quá trình phân hủycác thành phần dễ bị phân hủy của xác thực vật để lại trong điều kiện sự lắng đọng

ở đầm lầy nhưng bị vùi sâu trong lòng đất

Trong quá trình sử dụng than bùn làm phân bón,vì than bùn không chứachất dinh dưỡng, nên cần phải bổ sung các thành phần dinh dưỡng đa lượng(N,P,K) hoặc vi lượng(Mo,Mn,Fe,B…) Việc bổ sung này thực hiện bằng cách chophối trộn và ủ chúng với than bùn Chính nhờ cấu trúc xốp của than bùn đã

“nhốt”giữ các thành phần dinh dưỡng bổ sung vào trong các lỗ xốp của than bùn,tạo ra một kho tồn trữ các chất dinh dưỡng, giúp cho các chất dinh dưỡng không bịhoà tan nhanh, làm trôi rữa theo nước gây thất thoát chất dinh dưỡng hoặc theonước thấm xuống các tầng đất sâu mà rễ cây không tới được, hơn thế, làm ô nhiễmcác nguồn nước ngầm Nhờ được “ nhốt” trong hệ thống lỗ xốp của than bùn, cácchất dinh dưỡng sẽ được tiết ra từ từ, nhờ vậy cây trồng có đủ thời gian để sử dụnghết số chất dinh dưỡng đã được cung cấp, tiết kiệm ít nhất 30% so với cách bóntrực tiếp

Các lớp than bùn với hệ thống lỗ xốp

nhốt giữ cation khi chưa có nước

Khi có nước bị trương nở

Khi có nước, các nguyên tố vi lượng bắt đầu chuyển dịch ra khỏi lỗ xốp bằng liênkết với oxy của nước liên kết, bắt đầu quá trình cung cấp dinh dưỡng cho cây

Mức độ hoà tan của các nguyên tố vi lượng phụ thuộc vào lượng nước nhiều hay ít

đi qua lớp phân bón có than bùn làm giá đỡ Với khả năng hút nước tốt, các giá đỡnày còn khả năng nhả nước từ từ, làm cho đất luôn ẩm và xốp Đó chính là vai tròlàm giá đỡ của than bùn

III.2.2/Sử dụng than bùn để sản xuất axít Fulvic và Humic

a-nguyênlý chung:

Sản xuất chất kích thích tăng trưởng từ than bùn thực chất là sản xuất cácmuối humat hoà tan từ nguyên liệu là than bùn Các muối humat hoà tan là nhữngmuối của natri, kali và amon Quá trình thu nhận được các muối này thực hiệntrên cơ sở phản ứng hoá học giữa axít humic trong than bùn với các dung dịchkiềm của kim loại hoá trị 1 tương ứng:

Hum(COOH)n +nNaOH  Hum(COOna)n +nH2O.

Hum(COOH)n + n/2Na2CO3Hum(COONa)n + n/2CO2 + n/2H2O.

Hum(COOH)n + nNH4OH  Hum(COONH4) + nH2O.

Trong đó, Hum là phần hữu cơ của axít humic

Ví dụ về cấu trúc của humatkali:

Những muối humat nói trên tan tốt trong nước và vì vậy muốn cô lập chúngriêng ra ở dạng tinh, cần chuyển sang dạng keo axít humic không tan bằng cáchaxít hoá với axít vô cơ(HCl, H2SO4), sau đó lọc ly tâm Sau khi được axít humic,cần chuyển lại dạng muối như đã trình bày ở trên

b-Qui trình công nghệ sản xuất các chế phẩm trên như sau:

+Than bùn cần phơi thật khô(càng khô càng tốt) sau đó loại bỏ tạp chất, đưa vàomáy xay mịn Dùng các chất để kiềm hoá như NaOH, KOH, Na2CO3, K2CO3,NH4OH Tuỳ theo yêu cầu sản xuất muối humat nào sẽ chuẩn bị loại hoá chấttương ứng Các hoá chất nói trên phải pha chế với nồng độ loãng thích hợp, khôngnên dùng đậm đặc Trên cơ sở hàm lượng axít humic có trong than bùn, có thể biếtđược cần bao nhiêu tác nhân kiềm hoá

+Công đoạn kiềm hoá: Đây là công đoạn chính của quá trình sản xuất Phản ứngthực hiện tốt nhất ở khoảng 60oC – 80oC nên phải có thiết bị khuấy, đảo đều Humat

có tính chất như một chất hoạt động bề mặt, nên việc khuấy đoả không được mạnhquá Phản ứng kết thúc khi thấy nồng độ kiềm không giảm mà ổ định ở một giá trịnào đó

+Trung hoà để loại bớt kiềm dư:

Nếu sau phản ứng mà PH quá cao thì phải trung hoà để đưa về mức 7,5-8

+Lắng và tách bã: Sau khi trung hoà, đưa vào bồn lắng để những chất huyền phù

có thời gian lắng xuống Tốt nhất là lọc ly tâm để tách hoàn toàn bả than ra khỏidung dịch

+ Dung dịch thu được, có hai hướng sử dụng:

-Trộn thẳng với than bùn để thành sản phẩm than bùn có hàm lượng mốihumat cao

-Tách lấy axít humic cho mục đích khác và dung dịch axít fulvic sử dụnglàm chất kích thích tăng trưởng.

Tóm lại, than bùn là một nguồn hợp chất hữu cơ trong thiên nhiên có giá trị

sử dụng cao Việc chế biến nó thành những sản phẩm có chất lượng sẽ làm tănghiệu quả kinh tế của than bùn

PHẦN II HOÁ HỌC DẦU BÉO THỰC VẬT

Dầu béo thực vật là một nhóm hợp chất hữu cơ rất đa dạng và phong phú trongthảm thực vật Hầu hết thực vật đều có dầu béo tồn tại trong thân, lá , rể, củ, hạt, haytrong hoa với những thành phần và hàm lượng rất khác nhau Các nhà thực vật học đã xácđịnh có đến ¾ thực vật sinh trưởng trên trái đất có tồn trử chất béo Nguồn chất béo này

có trong những cây họ đậu ngắn ngày như lạc, vừng, đậu tương, đậu đen, đậu xanh…haytrong những cây lâu năm như dừa, cọ lai, trẩu, sở…Dầu béo còn tồn tại trong cây ăn quả,dưới dạng hạt như trong hạt mít, chôm chôm, mãng cầu, xoài, sầu riêng…hay dưới dạng

vỏ lụa như cám gạo, hạt điều…

Nói tóm lại, dầu béo tồn tại trong thực vật dưới nhiều hình thức và rất phong phú.Ngày nay, khi loài người đứng trước cuộc khủng hoảng năng lượng và đối mặt với nhữngthảm hoạ môi trường, thì dầu béo thực vật cũng như toàn bộ thực vật được xem như là

một trong những cứu cánh của thế kỷ 21 Cũng vì vậy, những khái niệm về hoá học

xanh, biomas, biorefinery…xuất hiện ngày càng nhiều trong những công trình nghiên

cứu, ứng dụng Cuối cùng thì con người cũng hiểu những giá trị mà thiên nhiên ban tặngcho mình có tầm quan trọng như thế nào trong đời sống và sự tồn vinh của cả hành tinh

Trong chương trình các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên, chúng ta chỉ xem xét

dầu béo trong thực vật và chỉ những thực vật rất quen biết trên đất nước ta, có giá trị sửdụng trong thực phẩm, công nghiệp Còn nhiều loại khác, kể cả thực vật dưới các đạidương, cũng có dầu béo, nếu có điều kiện và ham thích, các bạn sinh viên có thể thamkhảo thêm trên các tạp chí thực vật học

CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦU BÉO THỰC VẬT

I.1.Ý nghĩa, vai trò đặc điểm của chất béo:

Vai trò của chất béo trong các tổ chức sinh vật mang nhiều tính chất và ý nghĩakhác nhau Chất béo là chất có chứa nhiệt lượng lớn: 1 g chất béo sinh ra 9,4 calo, trongkhi chất đạm chỉ cho 5 calo, còn đường bột chỉ cho 3,7-4,2 calo Những nghiên cứu gầnđây cho thấy tác dụng sinh lý của chất béo hết sức to lớn đối với sự phát triển cũng nhưtái sinh năng lượng của các tổ chức sinh vật Tuy còn nhiều cơ chế tác dụng sinh lý củachất béo chưa được xác định rõ ràng, song có thể khẳng định là chất béo và dẫn xuất của

nó có những tác dụng đặc thù rất quan trọng liên quan tới đặc điểm sinh lý và quá trìnhphát triển của động thực vật, và trên thực tế chúng trở thành những vật chất không thể

thiếu được trong đời sống của loài người Ngày nay, khoa học đã chứng minh rằng, cácaxít béo là tiền chất để hình thành các hợp chất chi phương, các prostaglandin,polyphenol trong cơ thể động thực vật.

Các chất béo trong thực vật có những đặc điểm sau:

+.Tính đa dạng (đa dạng sinh học):

-Nhiều loài: ¾ thực vật có dầu béo-Tồn tại trong hầu hết các bộ phận: thân, rễ, lá, hạt, củ+.Tính phổ biến( ví trí địa lý):

+.Tầm quan trọng cho bản thân thực vật:

-Nguồn dinh dưỡng dự trữ-Phân hủy cho nước để nuôi mầm:

100 gam chất béo: 107,1 gam H2O

100 gam đạm: 55,5 gam H2O

100 gam đường bột: 41,3 gam H2O

+.Tầm quan trọng với người & động vật:

- Là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng cho người và động vật:

Theo Bộ ytế, mức tiêu thụ dầu thực vật được qui định đến năm 2000 đạt 7kg dầu/người/ năm, đến năm 2010 đạt 9kg dầu/ người/ năm Trong khi đó, mức phấn đấu nàycòn quá thấp so với khuyến cáo của tổ chức y tế thế giới( WHO) là 22kg dầu/ người/năm Nếu năm 2000, dân số nước ta đạt khoảng 80 Triệu người và đến năm 2010, dân sốđạt khoảng 90 Triệu người thì với các chỉ tiêu của Bộ y tế đề ra, cần có một lượng dầuthực vật tạm tính tương ứng như sau:

-Năm 2000: 7kg/người/ năm x 80 Triệu người =560.000 Tấn

-Năm 2010: 9kg/người/năm x 90 Triệu người =810.000 Tấn

Nếu thực hiện theo khuyến cáo cuả WHO (22kg/người/năm), ta có:

-Năm 2000:22kg/người/năm x 80 Triệu người =1.760.000 Tấn

-Năm 2010:22kg/người/ năm x 90 Triệu người =1.980.000 Tấn

Theo các số liệu của Viện nghiên cứu Dầu thực vật ( Bộ NN&PTNT) thì tổngcông suất ép dầu thô của cả nước trong những năm 90 là 128.000 tấn nguyên liệu/ năm;trong khi tổng công suất tinh luyện là 73.000 Tấn/ năm.Trong những năm gần đây, sốlượng dầu thực vật được chế biến tại Việt nam có tăng lên( năm 1993 là 227.000 Tấn) vàtập trung chủ yếu vào 4 nhà máy lớn nhất tại TP Hồ Chí Minh ( năm 1993 là 12.226Tấn)

Từ những số liệu kể trên, có thể dễ dàng nhận thấy rằng để đáp ứng nhu cầu theochỉ tiêu của Bộ y tế đã khó, chưa nói đến đáp ứng chỉ tiêu của WHO

+ Là nguyên liệu của công nghiệp sơn , vecni, polyme

I.2.Thành phần cơ bản của dầu béo.

I.2.1.Các thành phần chủ yếu:

+Các glyxerit là thành phần chủ yếu của dầu béo thực vật Nó là một este đượctạo thành từ axít béo có phân tử lượng cao và glyxerin(là một loại rượu ba chức), do đóngười ta còn gọi là triglyxerit với công thức sau:

CH2

2

1 2 3 R R R

O O

O CH CH

C C

C O O

CH2

2

1 2 3 R R R

O O

O CH

CH

C C

C O O

O

CH

CH

3 2

1 2

2 CH + H O2

Triglyxerit Glyxerin Axít béo tự do

Axít béo là những axít cacboxylic mạch thẳng có cấu tạo từ 6-30 nguyên tử cacbon vàchia làm hai loại:

-các axít béo no CnH2nO2

-Các axít béo không no CnH2n-2O2, CnH2n-4O2, CnH2n-6O2- tương ứng với số nối đôi trongphân tử (1, 2,3) Đặc điểm của các axít béo không no chính là số lượng các nối đôi trongphân tử, số nối đôi càng nhiều thì dạng đồng phân càng lớn

+Glyxerin: là cầu nối các axít béo trong mạch triglyxerit Khi khai thác dầu béo,một lượng glyxerin được giải phóng (phản ứng trên) với hàm lượng từ 8-12% so với toàn

bộ dầu ban đầu.Glyxerin có nhiều công dụng, đặc biệt trong việc sản xuất thuốc nổ glyxerin

-Sterol: là những rượu cao phân tử có cấu tạo phức tạp và phân bố rộng rãi trong

tự nhiên dưới dạng este hoặc tự do Sterol là những chất không bị xà phòng hoá Steroltrong mỡ động vật được gọi là zusterol, còn trong dầu béo thực vật, được gọi làphitosterol Colesterol là một dạng của sterol, không có lợi cho cơ thể con người

-Các chất màu: như carotenoid, clorofin hay gossipol… chúng ta sẽ đề cập đến ởphần sau

-Các sinh tố: đó là các dạng vitamin A, D, E,F… Các dạng này sẽ được đề cậptrong phần các chất có hoạt tính sinh học

I.3.Một số tính chất và chỉ số quan trọng của dầu béo:

I.3.1.Tính chất lý học

Dầu thực vật thường có tỉ trọng <1, có nghĩa là nhỏ hơn nước Dầu thực vậtkhông no có tỉ trọng lớn hơn dầu thực vật no, tương tự, chỉ số khúc xạ vào khoảng 1,448-1,474 và phụ thuộc vào trạng thái cấu trúc của dầu: mức độ không no của dầu càng lớnthì chỉ số khúc xạ càng cao

Dầu béo thực vật không tan trong nước, etanol lạnh, nhưng tan nhiều trong một sốdung môi như ete, benzen, CCl4…

Nhiệt độ đông đặc của dầu phụ thuộc vào mạch hydrocarbon: càng dài thì càngcao Tỷ nhiệt của dầu béo thường ở khoảng 0,4-0,5

C 3 H 5 (OCOR) 3 + H 2 O > 3RCOOH + C 3 H 5 (OH) 3

Phản ứng qua các quá trình trung gian, tạo thành di-monotriglyxerít Sau khi đãtạo thành axít tự do, nếu gặp các hydroxýt kiềm, sẽ tạo thành xà phòng:

3RCOOH =3NaOH  3RCOONa + C 3 H 5 ( OH) 3

Đó là phản ứng cơ bản trong trong quá trình sản xuất xà phòng và glyxerin từ dầuthực vật

+Phản ứng hydro hoá: Đây là phản ứng rất quan trọng trong dây chuyền sản xuấtdầu ăn, nhằm chuyển các axít béo không no sang dạng no:

CH 3 -CH=CH-(CH 2 ) nCOOH + H 2 + XT, TOC CH 3 -CH 2 -CH 2 -(CH 2 ) nCOOH

+Phản ứng cộng hợp: trong những điều kiện thích hợp, dầu béo có thể tác dụngvới các halogen hay axít sulfuric để tạo nên những sản phẩm có tính tan trong nước

+Phản ứng este hoá:là phản ứng giữa dầu béo với ancol với sự có mặt của xúc tácnhư HCl, H2SO4 hay các hệ xúc tác oxy hoá khác để tạo thành este Ngày nay, cácmetyleste hay etyleste của các axít béo thực vật là cơ sở của BIODIESEL, nguồn nhiênliệu có thể tái tạo

+Phản ứng oxy hoá: dầu thực vật dễ dàng tham gia phản ứng oxy hoá, nhưng sảnphẩm của nó là một hỗn hợp và chỉ có tác dụng trong việc tạo ra một số chất khác Trongdầu ăn hay biodiesel, hiện tượng này là điều không mong muốn

+Phản ứng trùng hợp: các axít béo không no, có nhiều nối đôi, dễ dàng tham giaphản ứng trùng hợp để tạo nên những chất có phân tử lượng lớn Phản ứng này có ý nghĩatrong công nghiệp

I.3.3.Các chỉ số hoá học quan trọng

Khi nghiên cứu về dầu béo, người ta xác định một số chỉ số để đánh giá chúng:+Chỉ số xà phòng hoá: là số mg KOH cần thiết để trung hoà và xà phòng hoáhoàn toàn 1g dầu béo Thông thường các axít béo có chỉ số xà phòng hoá vào khoảng170-260 Chỉ số xà phòng hoá càng cao, chứng tỏ trong dầu béo có chứa nhiều axít béo

có phân tử lượng thấp

+Chỉ số axít: là số mg KOH cần thiết để trung hoà hết lượng axít béo tự do cótrong 1g dầu Chỉ số axít thường không ổn định và phụ thuộc vào chất lượng dầu Cácloại dầu dùng trong công nghiệp thực phẩm có chỉ số axít càng thấp càng tốt

+Chỉ số este: là số mg KOH cần thiết để xà phòng hoá hết lượng glyxerít có trongmột g dầu Nó là hiệu số giữa chỉ số xà phòng và chỉ số axít Chỉ số este càng cao thìlượng glyxerít trong dầu càng nhiều Từ chỉ số este, có thể tính ra hàm lượng glyxerin:

%Glyxerin = CS este.0,054664+Chỉ số iod: là số gam iod tác dụng với 100g dầu, (viết tắt là I) Chỉ số iod biểuthị mức độ không no của dầu Chỉ số iod càng cao thì mức độ không no của dầu càng lớn.Dựa vào chỉ số iod, người ta phân dầu ra làm ba loại:

-Dầu khô: I > 130

-Dầu nữa khô: I = 100-130

-Dầu không khô: I < 100

Dầu béo dùng cho thực phẩm có những yêu cầu khắt khe để bảo đảm an toàn chongười, đặc biệt không chứa axít béo tự do, không có các chất nhựa, sáp và độc tố hoặccác chất gây rối loạn sinh lý Hàm lượng triglyxerít nguyên chất càng nhiều càng tốt,càng nhiều các axít béo không no (một nối đôi) trong triglyxerit càng tốt, đặc biệt làoleic và linolic Các axít béo no có hệ số đồng hoá thấp, tuy nhiên dễ bảo quản hơn cácaxít béo không no Các axít béo có nhóm oxy, xeto axít hay epoxy axít hay nhiều nối đôinhư dầu Trẩu, không dùng làm dầu ăn

CHƯƠNG II

CÂY CÓ DẦU Ở VIỆT NAM VÀ PHÂN LOẠI

II.1 Sơ lược về cây có dầu ở Việt nam:

II.1.1:Số lượng cây có dầu:

Nhân dân ta cũng như nhân dân nhiều nước trên thế giới, từ lâu đã biết khai thác,chế biến và trồng trọt cây có dầu Từ thời thượng cổ, người ta đã biết sử dụng dầu thựcvật để ăn, thắp sáng, chải tóc, bôi da, bảo quản đồ bằng da hay pha chế các loại sơn, làmthuốc Sau này, người ta phát hiện nhiều đặc tính của dầu thực vật về mặt dinh dưỡngcũng như giá trị vật liệu của chúng trong các ngành công nghiệp, do đó, việc phát hiện,chế biến và trồng trọt cây có dầu ngày càng phát triển Năm 1940 người ta mới biếtkhoảng 400 cây có dầu nhưng đến 1964, số đó đã là 900 Ngày nay người ta đã thống kêđược hàng trăm họ với trên 1000 loài có dầu

Ở Việt nam, năm 1924 CREVOST và LEMARIE đã thống kê được 70 loài cây códầu Năm 1970, PHAN KẾ LỘC đã sưu tầm được 474 loài thuộc 330 chi của 96 họ thựcvật Đến những năm gần đây V.N.TỰ và các đồng nghiệp ở Viện khoa học Việt nam đãthống kê được trên 564 loài của hơn 100 họ cây có dầu

Đặc điểm vị trí địa lý đã tạo cho nước ta điều kiện trồng và thích nghi nhiều loạicây có dầu bản địa cũng như nhập ngoại, làm cho danh sách cây có dầu ngày càng dàithêm và phong phú cả về số lượng và chất lượng Gần đây, các nhà khoa học của ViệnSinh học nhiệt đới, Viện Khoa học và công nghệ Việt nam đã cấy mô thành công và đưa

ra trồng một loại cây có tên là cây NÊM, xuất xứ từ Aán độ, không chỉ cho gỗ mà còncho dầu với nhiều hoạt tính sinh học quí

II.1.2:Phân loại theo họ và loài:

Theo V.N.Tự, những họ thực vật cho dầu có thể xếp theo thứ tự quan trọng nhưsau:

-Họ Đậu(Fabaceae) có 52 loài

-Họ Thầu dầu(Euphorbiaceae) có 41 loài

-Họ Sến (Sapotaceae) có 38 loài

-Họ Cúc (Asteraceae) có 27 loài

-Họ Hoa môi(Lamiaceae) có 21 loài

-Họ Cam (Rulaceae) có 20 loài

-Họ Bầu bí(Cucurbilaceae) 20 loài

-Họ Bông (Malvaceae) có 14 loài

-Họ Quế ( Lauraceae) có 14 loài

-Họ Hoa hồng (Rosaceae) có 14 loài

-Họ Cải( Brassicaceae) có 12 loài

-Họ Bồ hòn(Sapindaceae) có 10 loài

-Họ Xoan(Meliaceae) có 10 loài

-Họ Trôm (Sterculiaceae) có 8 loài

-Họ Hoa tán (Apiaceae) có 8 loài

-HọTrám(Burseraceae) có 6 loài

-Họ Chè(Theaceae) có 5 loài

-Họ Dừa(Arecaceae) có 4 loài

-Họ Măng cụt(Clusiaceae) có 4 loài

-Họ Đào lộn hột (Anacardiaceae) có 3 loài

-Họ Hồ đào (Juglandaceae) có 3 loài

-Họ Thuốc phiện (Papaveraceae) có 2 loài

-Họ Vừng (Pedaliaceae) có 1 loài

II.2 Một số cây phổ biến ở nước ta:

Những cây có dầu phổ biến ở nước ta được các nhà khoa học của Viện khoa họcViệt nam xếp thành 51 loài trong 19 họ Ở đây chúng tôi chỉ giới thiệu 3 nhóm cây cótầm quan trọng trong đời sống:

-Cây có dầu ăn được

-Cây có dầu công nghiệp

-Cây dược liệu có dầu

-Cây lấy tinh dầu, hạt cho dầu béo

II.2.1: Cây có dầu ăn được(edible oil)

+Cây cọ dầu: thuộc họ cau, dừa, có tên khoa học Elais guineensis Jacq (Arecaceae hay

palmae).Cây thân cột, có thể cao tới 20m.Quả không cuống hình trứng Hạt được vỏ quả

trong bao kín, cứng, dày; phía ngoài có một lớp cơm nạc và có sợi, có dầu.Dầu này gọi làdầu cùi Trong nhân cũng có dầu, gọi là dầu nhân

+Cây dừa: thuộc họ cau dừa, có tên khoa học Cocos nucifera(Arecaceae hay Palmae).

Thân cao tới 20m, Quả có vỏ, trong vỏ có sọ dừa Bên trong sọ là cùi dừa (cơm dừa).Dầudừa đực ép từ cùi dừa

+Cây cải dầu:thuộc họ Cải, có tên khoa học Brassica campesiris L.(Brasicaceae).Thân

thảo , hạt nhỏ, có chứa dầu

+Cây lạc:thuộc họ Đậu, có tên khoa học Arachis hypogea (Phabaceae) Cây lạc hay còn

gọi Đậu phộng, là một cây có dầu thực phẩm lâu đời ở nước ta, có từ thế kỷ 16 Cây chodầu trong củ, nằm dưới đất, có vỏ Trong vỏ thường có 2 nhân hay 3 nhân, có vỏ lụa baobọc

+Cây đỗ tương:thuộc họ Đậu, có tên khoa học Glycine max.L, Merr(Phabaceae)

Đậu tương hay còn gọi là đậu nành, là một cây khá quen thuộc và phổ biến ở nước ta

II.2.2: Cây có dầu công nghiệp(industrial oil)

+Cây Đen: thuộc họ Thầu dầu có tên khoa học Cleidiocarpon cavaleriel Airy Shaw

(Euphorbiaceae) Thân cây cao, có lá dài.Hạt có vỏ cứng.

+Cây cao su:thuộc họ Thầu dầu, có tên khoa học Hevea brasiliensis (Euphorbiaceae), là

loại cây to, lâu năm, cho nhựa từ thân Cây có hạt to, hình cầu, có vân

+Cây Thầu dầu:thuộc họ Thầu dầu , có tên khoa học Ricinus communis.L

(Euphorbiaceae).Ở nước ta, tiêu biểu là Thầu dầu Hạ lang(cao bằng) có thể cao 6-8m

thân 35-40cm Cây ra hoa và cho quả quanh năm Lá thầu dầu dùng cho nuôi tằm

+Cây Trẩu:thuộc họ Thầu dầu Có 2 loại Trẩu ở Việt nam: trẩu ba hạt và Trẩu năm hạt

-Trẩu ba hạt:Vernicia montana Lour.(Euphorbiaceae).

-Trẩu năm hạt:Vernicia fordit hemsl(Euphorbiaceae)

Hai loại Trẩu trên gần giống nhau về thành phần hoá học và tính chất hoá lý, nhưng khácnhau về hình dáng cây, quả

+Cây Bông: thuộc họ bông, có tên khoa học Gossypium Ssp.(Malvaceae).Cây bông cho

ta bông để dệt vải, hạt cho dầu Dầu bông mới ép có màu đen, sau khi tinh luyện có ánhxanh

II.2.3: Cây dược liệu có dầu

+Cây ké đầu ngựa: thuộc họ Cúc, có tên khoa học Xanthium strumarium.L.(Asieraceae

hay compositae) Là cây thuốc dân gian chữa các bệnh mụn nhọt, hắc lào,lỵ, đau răng,bí

tiểu tiện Cây cao gần 1 m, thân thảo Năng suất hạt khoảng 2tấn/ha

+Cây Mỡ lợn, thuộc họ Bầu bí, có tên khoa học Hodgsonia macrocarpa Cogn

(Cucurbitaceae) Là cây thuốc dân gian chữa bệnh loét mũi Dầu có thể ăn được và cũng

là loại thuốc chữa bệnh sưng vú, đau bụng của phụ nữ mới qua thời kỳ sinh nở

+Cây Gấc: thuộc họ Bầu bí, có tên khoa học Momordica cochincinensis .Lour.

(Cucurbitaecea) Dầu có tác dụng tốt với trẻ em chậm lớn, tăng thị lực, tăng sức đề kháng

của cơ thể, làm mau lên da non đối với các vết bỏng

+Cây Qua lâu: thuộc họ bầu bí , có tên khoa học Tricosanthes sp (Cucurbilaceae) Nhân

hạt, vỏ quả và rễ cây còn là những vị thuốc dùng trong Đông y chữa bệnh ho, sốt cao, thổhuyết, da vàng, táo bón và thông sữa)

II.2.4:Cây lấy tinh dầu, hạt cho dầu béo:

+ Cây Kinh giới: thuộc họ Hoa môi, có tên khoa học Elsholtzia ciliata Thumb.( lamiaceaehay labialae), là một cây thân thảo cao 10-150cm Toàn cây phơi khô dùng làm thuốcchữa cảm cúm, thanh nhiệt, chữa ho và đường tiêu hoá Cây cho tinh dầu 0,6-2%

+Cây Tía tô: thuộc họ Hoa môi, có tên khoa học Perilla frutescens.L

( Lamiaceae hay Labiatae).Là cây dược liệu chữa cảm cúm hay cất tinh dầu Hạt cho dầubéo.

+Cây Long não:thuộc họ quế, có tên khoa học Cinnamomun camphora L (Lauraceae)- là

một loại cây thân gỗ cao 10-15 m, thân có thể đạt tới 2 m, quả hình cầu đường kính 2-3

mm Toàn thể các bộ phận của cây chứa tinh dầu, chỉ nhân hạt chứa dầu béo, hàm lượnglên đến 40%( tính trên hạt)

+Cây Màng tang:thuộc họ quế, có tên khoa học Litsea cubeba Lour (Lauraceae)

là một loại cây thân gỗ nhỏ cao khoảng 3-5 m.Quả hình cầu to hơn quả hồ tiêu Toàn thânchứa tinh dầu, trừ nhân hạt Hàm lượng dầu trong hạt đạt khoảng 22-31%(tính trên hạt)

Tóm lại, cây cho dầu béo ở Việt nam khá phong phú và đa dạng Đây là mộtnguồn nguyên liệu thiên nhiên khá to lớn, đặc biệt, nó có thể tái sinh, không mất đi nhưnhững nguồn nguyên liệu khác Bên cạnh việc khai thác nguyên liệu, các loại cây lấy dầucòn là một nguồn cung cấp oxy, chống xói mòn, phủ xanh đất trống, đồi trọc, bảo vệ môitrường Trồng cây lấy dầu, ngoài lợi ích kinh tế của bản thân nó, còn nhiều lợi ích khác

về mặt xã hội, cảnh quan, môi trường, du lịch, việc làm, xuất khẩu Do đó, thị trườngdầu thực vật Việt nam vẫn là một thị trường mở và có tiềm năng khá lớn, chưa kể đếnviệc sản xuất cho xuất khẩu sang các thị trường khác khá thuận lợi như Nga và các nướcSNG, Tây âu, Mỹ, Nhật bản, Trung quốc, Ấn độ và các nước Arập

Vấn đề còn lại là chiến lược phát triển, phương hướng đầu tư và chính sách đốivới người trồng các loại cây có dầu ( trong đó có vấn đề trợ giá, bảo đảm giống, phânbón, giao đất, thu mua, đầu tư ban đầu )

Một yếu tố quan trọng nữa là nghiên cứu nâng cao hiệu quả kinh tế của các sảnphẩm cây có dầu, hầu sử dụng hết và triệt để các sản phẩm đó để mang lại hiệu qủa caonhất cho người nông dân trồng cây có dầu nói chung, người dân trồng rừng (các chủngloại cây có hạt cho dầu) để phủ xanh đất trống đồi trọc ở các tỉnh miền núi nói riêng.Nhiệm vụ này thuộc về các nhà khoa học và các viện nghiên cứu trong cả nước

Hầu hết dầu béo đều nằm trong hạt, vì vậy chúng ta cần nghiên cứu sâu hơn cácloại hạt của chúng

CHƯƠNG III.

THÀNH PHẦN CẤU TẠO VÀ NHỮNG TÍNH CHẤT QUAN TRỌNG

CỦA HẠT LẤY DẦU

III.1.Phân loại hạt:

Hạt có dầu là loại sản phẩm nông nghiệp phổ biến, ngày càng đóng vai trò quantrọng trong nền kinh tế Hiện nay, toàn thế giới sản xuất mỗi năm chừng 100 triệu tấn,sản lượng đứng đầu là hạt đậu tương, sau đó là lạc, hạt bông, hạt cải, hướng dương, dừa

và cọ Xu hướng chung trên thế giới ngày nay là: diện tích trồng cây dầu, thực phẩm đangkhông ngừng được mở rộng nhanh chóng, còn diện tích cây dầu công nghiệp ngày càng

bị thu hẹp lại So với trước năm 1920, tổng sản lượng hạt lấy dầu thực phẩm của thế giớisau 1970 tăng lên trên 3 lần, còn hạt dầu cho công nghiệp giảm xuống 25% Điều ấy mộtphần do sự thay thế dầu công nghiệp bằng các hoá chất; nhưng chủ yếu do vai trò cực kỳquan trọng của dầu ăn đối với cơ thể, ngày càng được khoa học khẳng định Ngày nay,dầu ăn đi từ thực vật chiếm chủ yếu trong chế biến thức ăn, mỡ động vật do có nhiềucholesterol nên không được ưa chuộng

Ở nước ta, do điều kiện có nhiều vùng khí hậu và đất đai khác nhau, nên những hạt

có dầu rất phong phú Nhiều cây cho quả, hạt để lấy dầu rất quí đã được trồng phổ biến từlâu như lạc, vừng, dứa, đỗ tương, trầu,v,v… một số cây lấy dầu khác cũng đang được gâytrồng thí nghiệm để phát triển như cọ dầu, sở, hướng dương.v.v

Ngoài ra, nhiều thứ phế liệu của nông nghiệp, công nghiệp, và hàng chục loại câyrừng, có khả năng tận dụng để lấy dầu

III.1.1: Những cây có hạt cho dầu phổ biến:

Trong bảng III.1, là những cây cho hạt lấy dầu đã phổ biến, đang phát triển, hoặc

có nhiều triển vọng tận dụng được ở nước ta

Glycine hispidaGossipium hirsutumRicinus communis Alcurites fordii, A.cordataCamellia drupifera Lour Elacis guineensis

Elacis melannococcaAleurites moluccana villd Linum usitatissimum Heliathus annus Zea Mays L Gryza sativaSinapis, Brassica oleifera,Brassica campestris, camclinaCoriandrum sativum

Lycopersicum Mill Nicotiana L

Thea L

Cedrus Citrus decumana Murr Hura crepitans

Prunus triflora Roxh Terminalia Catappa Lin Momordica cochinchinensia Spreng Bassia Pasquieri H.Lee

Ngoài những loại hạt kể trên, trong thiên nhiên nước ta còn rất nhiều loại hạt kháccũng có dầu, đang được nghiên cứu phát hiện dần

Đặc điểm chung nhất của các loại hạt lấy dầu là chúng chứa một tỉ lệ dầu khá lớn,

có giá trị, và có thể lấy ra để sử dụng Tuy nhiên, giữa chúng, cũng có nhiều mặt rất khác

nhau Vì vậy, cần phải có sự phân loại chúng trong nhiều công việc thực tế ( như khi lập

kế hoạch, lập dự án bảo quản, chế biến, v.v…)

Cùng với sự phát triển các ngành, các sản phẩm trong nền kinh tế, sự phân loại nàycũng ngày càng chi tiết, và phức tạp Mặt khác, tuỳ trình độ sử dụng, và điều kiện cụ thểcủa từng nước mà sự phân loại đối với cùng một loại hạt, có thể khác Do đó, sự phânloại ở đây chỉ là qui ước và tương đối

III.1.2:Cách phân loại:

-Cách phân tổng quát: phổ biến nhất là chia các hạt cho dầu ra 2 loại: thực phẩm vàcông nghiệp Hạt dầu thực phẩm là những loại hạt cho dầu có thể ăn được ( hoặc dùng để

ăn có lợi hơn dùng cho việc khác) Như lạc, đậu tương v.v… Còn hạt lấy dầu côngnghiệp là những cho dầu không ăn được như dầu trẩu, dầu ve, v.v

-Cách phân thứ hai: dựa vào trạng thái vật lí của hạt chia ra loại hạt dầu lỏng ( dầulạc, đỗ tương, v.v… ) hạt dầu đặc ( dừa, cọ, v.v… )

-Cách phân thứ ba : dựa vào sự biến đổi hoá học chất dầu khi tiếp xúc với khôngkhí ( sự tạo thành màng sơn ) Từ đó chia các hạt có dầu ra 3 loại: Loại hạt dầu khô : baogồm những hạt cho dầu tiếp xúc với không khí nhanh chóng tạo thành màng sơn cứng,bền vững( trẩu, lanh ) Loại hạt dầu bán khô: cho dầu khi tiếp xúc với không khí cũng tạothành màng sơn, nhưng chậm, không bền vững ( dầu trỗ tương, dầu ngô v.v … ) Loại thứ

ba là hạt dầu không khô Cho dầu không tạo thành màng sơn khi tiếp xúc với không khí,

dù kéo dài thời gian( dầu ve, dầu cọ … ) Cách phân loại này chủ yếu dùng trong nhữngcông việc về ngành sơn, vecni, mực,v.v…

-Cách phân thứ tư : dựa vào độ bền cơ học của vỏ hạt, chia ra loại vỏ hạt cứng( trẩu, lai ) và hạt vỏ mềm ( lạc, hướng dương v.v… ) Cách phân loại này chủ yếu phục

vụ cho việc lựa chọn phương tiện vận chuyển, bảo quản, và phương pháp, thiết bị bóc,tách vỏ khi chế biến

-Cách phân thứ năm: dựa vào tình trạng vỏ hạt hay nhân khi đưa vào bảo quản haychế biến – chia các hạt có vỏ( lạc củ, sở, trẩu, hướng dương, … ) và không vỏ (đỗ tương,vừng, cùi dừa khô, v.v… )

Dưới đây là sơ đồ ví dụ phân loại một số hạt có dầu ở nước ta (bảng III 2).

Loại hạt cho dầu

-+ +

-+ +

-+

-

-+

++

++

+-+-+ +

-+

++-

-++++-+ +

III.2.Thành phần, cấu tạo của hạt lấy dầu:

Thành phần cấu tạo của hạt là cơ sở tạo nên các tính chất và giá trị sử dụng khácnhau của chúng Nó là những cơ sở có tính quyết định kỹ thuật trong các khâu thu hoạch,

sơ chế, bảo quản và chế biến hạt

Tổng quát người ta phân biệt 3 loại thành phần cấu tạo của hạt: cấu tạo giải phẩu,thành phần hoá học và các men có trong đó

III.2.1 Thành phần cấu tạo giải phẫu của hạt:

Các hạt ( hay quả ) già sau khi thu hoạch, thường bao gồm 2 phần chính là nhân( hay hạt ) ở bên trong và vỏ hay vỏ hạt bao bọc ở bên ngoài,

Ví dụ: lạc – có vỏ củ ( quả ) bao bọc 2,3 hạt ( hay gọi là nhân ) ở bên trong; Hạthướng dương gồm có vỏ bên ngoài nhân ở trong Phân nhân, là gọi theo danh từtrong sản xuất, còn trong thực vật học thì được gọi là hạt

+Nhân hạt: có 2 phần: phôi và nội nhũ Phần phôi có rễ và chồi Phần nội nhũ chứacác chất dinh dưỡng Tất cả các phần trong nhân, đặc biệt là nội nhũ và là mầm, chứakhối lượng chủ yếu các chất dinh dưỡng dự trữ của hạt trong đó có dầu Vì vậy hầu hếtcác loại hạt lấy dầu, nhân là phần chiếm giá trị chủ yếu Chất lượng và tỷ lệ về khốilượng của nhân trong hạt là đối tượng chính của công tác chọn giống, kỹ thuật trồng trọt,thu hoạch, bảo quản và chế biến

+Vỏ hạt: ( hay vỏ quả ) là phần bao bọc bên ngoài cấu tạo chủ yếu bằng xenlulô vàhemixenlulô, tương đối bền vững về cơ học Vỏ không chứa hoặc chứa một lượng khôngđáng kể các chất dinh dưỡng Chức năng chủ yếu cuả vỏ là bảo vệ cho nhân hay hạt khỏi

bị những tác động cơ học, hoá lý học, sự xâm nhập, phá huỷ của các vi sinh vật từ bênngoài vào

Ơû nhiều loại hạt, như lạc, sở v.v… bên trong lớp vỏ nói trên, còn có một lớp vỏmỏng, thường gọi là vỏ lụa, cũng có tác dụng bảo vệ

Vì không chứa chất dinh dưỡng, nên trong quá trình chế biến hạt để lấy dầu, hoặc

sử dùng vào các mục đích khác, vỏ phải được loại trừ Nhưng khi hạt đang ở trong cácgiai đoạn thu hoạch, sơ chế, bảo quản, thì tác dụng bảo vệ của võ lại đóng vai trò rất quantrọng

Tỷ lệ vỏ và nhân trong hạt của các loại hạt lấy dầu rất khác nhau Trên cùng mộtđơn vị trọng lượng, giữa các loại hay trong cùng một loại, hạt có tỷ lệ nhân càng cao thìcàng có giá trị

Trong bảng III 3 sau đây là tỷ lệ vỏ, nhân trung bình của một số loại hạt đã được

nghiên cứu

- Tỷ lệ và nhân trung bình của một số hạt

Loại cây cho hạt Nơi trồng Phần hạt % vỏ trong hạt % nhân trong hạtLạc

Lạng SơnYên BáiMiền Bắc

Củ lạcQuả khôHạtQuả khôDừa sọQuả khôHạt khôHạt

25-355-10,034-5435,020,06034,043-57,0

65-7090-9546-666580,0406057-43

III.2.2 Thành phần cấu tạo về hoá học của các hạt dầu

Thành phần hoá học của hạt là cơ sở tạo nên các tính chất và giá trị sử dụng riêngcủa chúng Nó cũng là cơ sở của các điều kiện kỹ thuật sơ chế, bảo quản và chế biến

Với sự ra đời của nhiều phương pháp phân tích hiện đại, người ta ngày càng pháthiện thêm những thành phần hoá học mới chứa trong hạt dầu hầu như chúng có đầy đủchất đại diện cho tất cả các nhóm chất hoá học hữu cơ Ngoài ra, còn có rất nhiều chất vô

cơ trong đó

Tuyệt đại bộ phận các chất này, rất cần thiết cho cơ thể con người, được tìm cáchbảo vệ và sử dụng triệt để Nhưng trong đó, cũng có một số ít chất không có lợi, thậm chírất có hại cho cơ thể, phải tìm cách loại trừ hoặc hạn chế tác dụng của chúng

Có thể chia những chất thường có trong các hạt lấy dầu ra thành mấy nhóm chínhsau:

- Lipit hay lipoit

Lipit ( hay còn gọi lipoit ).

Lipit là thuật ngữ gọi chung các chất béo bao gồm dầu và mỡ Có khi người ta cũnggọi cả các chất tương tự chất béo là lipit Lipit trong hạt lấy dầu chủ yếu là các triglixeritcua các axit béo khác nhau, có công thức cấu tạo tổng quát :

CH2 – O – CO – R,

CH – O – CO – R,,

CH2 – O – CO – R,,,

Nó là este phức tạp của phân tử glixerin và axít béo, R,,R,,,R,,, Là những gốc axítbéo R,, R,,,R,,,, là những gốc axít béo khác nhau Thành phần các axit béo này trong cácdầu rất khác nhau Và do đó, thành phần các trighxerit trong các dầu ấy cũng rất khácnhau, theo qui luật phụ thuộc vào số lượng, các loại axit béo có trong đó như sau:

-Số loại axit béo có trong dầu: 5 6 7 8 9 10

-Số lượng các loại triglixerit: 75 126 196 285 495 550

Thành phần, tỉ lệ axít béo và các triglixerit, quyết định tính chất và giá trị của dầu.Người ta thấy, ở các loại dầu thực vật thường có các axit béo sau đây trong triglixerit củachúng

BảngIII.1.4.Các loại axít có trong thành phần triglyxerit của dầu béothực vật

6088116114172200Axit miristic

4 6 16 18 18 22

Axít không no có 2 và 3 nối đôiCnH2n-4 02, Cn H2n-8 02

181818Axit không no có 4 nối đôi

328 256 284 312 340

368 398 424 452

98 100 254 282 282

338

278 278 280