tổng hợp các chất hoạt động bề mặt sinh học không ion từ dầu dừa ứng dụng trong bảo quản nông sản

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ ------ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỔNG HỢP CÁC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT SINH HỌC KHÔNG ION TỪ DẦU DỪA - ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN NÔNG SẢN CÁN BỘ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

- -

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TỔNG HỢP CÁC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT SINH HỌC KHÔNG ION TỪ DẦU DỪA - ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN

NÔNG SẢN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

PGS TS Bùi Thị Bửu Huê Phù Quốc Minh Phương

MSSV: 2082232

Ngành: Công Nghệ Hóa Học-Khóa 34

Tháng 4/2012

Trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp đại học, em đã học tập được rất

nhiều kiến thức bổ ích, thiết thực từ quý thầy cô và bạn bè Em xin chân thành gửi

lời cảm ơn sâu sắc đến:

PGS TS Bùi Thị Bửu Huê - Bộ môn Hóa Học - Khoa Khoa Học Tự

Nhiên - Đại học Cần Thơ Cô là một nhà giáo mẫu mực, người thầy đáng kính,

cô đã hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong suốt thời gian

nghiên cứu và thực hiện đề tài Cô đã dành thời gian quý báu, những kinh nghiệm

quý giá cùng những tình cảm cao đẹp của mình để truyền đạt kiến thức và những

phương pháp cần thiết để xử lý một vấn đề khoa học Bên cạnh đó cô luôn động

viên, an ủi giúp em vượt qua mọi trở ngại Em xin tri ân những lời động viên và tất

cả những điều tốt đẹp nhất cô dành cho em trong suốt thời gian qua

Quý thầy cô, Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học – Khoa Công Nghệ - Đại Học

Cần Thơ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em học tập và nghiên cứu trong suốt

thời gian qua

Các anh chị và các bạn cùng thực hiện luận văn với em tại phòng thí

nghiệm hóa hữu cơ chuyên sâu, đã chia sẻ và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá

trình thực hiện đề tài

Cuối cùng, lời cảm ơn chân thành con dành cho cha mẹ, anh chị em - những

người thân yêu nhất trong cuộc đời đã luôn an ủi, động viên để con có thêm niềm

tin và nghị lực trong những lúc khó khăn

Cần thơ, ngày 13 tháng 4 năm 2012

Phù Quốc Minh Phương

Hiện nay, các chất hoạt động bề mặt được ứng dụng khá phổ biến trong các sản phẩm sơn, sữa, kem, bánh, kẹo,…Các chất này đóng vai trò là phụ gia, chất nhũ hóa Đặc biệt, dựa trên nguyên lý phá lớp biểu bì, làm mất nước, mất dầu và ngăn cản quá trình hô hấp qua da của côn trùng, các chất hoạt động bề mặt rất hữu hiệu trong việc tiêu diệt côn trùng, nên chúng còn được ứng dụng trong bảo quản nông sản, đó là một ý tưởng mới Đặc biệt các chất hoạt động bề mặt chủ yếu được tổng hợp từ nguồn nguyên liệu hóa thạch (dầu mỏ), đó cũng là nguyên nhân mà chúng phân hủy sinh học chậm và gây ảnh hưởng đến môi trường Mặt khác, nguồn nguyên liệu hóa thạch có nguy cơ bị cạn kiệt Vì vậy, hướng nghiên cứu tổng hợp CHĐBM và ứng dụng vào trong bảo quản nông sản là hướng nghiên cứu phù hợp và thiết thực

Vì vậy, đề tài “Tổng hợp chất hoạt động bề mặt sinh học không ion từ

dầu dừa - ứng dụng trong bảo quản nông sản” được thực hiện Đề tài nhằm

mục tiêu thiết lập quy trình tổng hợp các chất hoạt động bề mặt sinh học không ion

từ dầu dừa và ứng dụng chất hoạt động bề mặt tổng hợp được trong bảo quản nông sản ở quy mô phòng thí nghiệm Từ những kết quả thu được qua đề tài này, hiệu quả kinh tế từ cây dừa ở đồng bằng sông Cửu Long sẽ được nâng lên một tầm cao mới

Khoa Công Nghệ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Bộ môn: Công nghệ hóa học Cần Thơ, ngày tháng năm 2012

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1 Cán bộ hướng dẫn: PGS TS Bùi Thị Bửu Huê

Tên đề tài: Tổng hợp các chất hoạt động bề mặt sinh học không ion từ dầu dừa

ứng dụng bảo quản nông sản

2 Sinh viên thực hiện: Phù Quốc Minh Phương MSSV: 2082232

Lớp Công Nghệ Hóa Học - Khóa 34 3 Nội dung nhận xét: a Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp:

b Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp:  Đánh giá nội dung thực hiện đề tài:

 Những vấn đề còn hạn chế:

c Nhận xét đối với sinh viên tham gia thực hiện đề tài:

d Kết luận, đề nghị và điểm:

Cần Thơ, ngày tháng năm 2012

Cán bộ hướng dẫn

Bộ môn: Công nghệ hóa học Cần Thơ, ngày tháng năm 2012

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

4 Cán bộ hướng dẫn: PGS TS Bùi Thị Bửu Huê

Tên đề tài: Tổng hợp các chất hoạt động bề mặt sinh học không ion từ dầu dừa

ứng dụng bảo quản nông sản

1 Sinh viên thực hiện: Phù Quốc Minh Phương MSSV:2082232

Lớp Công Nghệ Hóa Học - Khóa 34

2 Nội dung nhận xét:

a Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp:

b Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp:  Đánh giá nội dung thực hiện đề tài:

 Những vấn đề còn hạn chế:

c Nhận xét đối với sinh viên tham gia thực hiện đề tài:

d Kết luận, đề nghị và điểm:

Cần Thơ, ngày tháng năm 2012

Cán bộ phản biện

Trang

LỜI CẢM ƠN………i

MỤC LỤC……… iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT……… x

DANH MỤC BẢNG……… xii

DANH MỤC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ……… xiv

LỜI MỞ ĐẦU……… xvii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN……… 1

1.1 Sơ lược về lipid……… 1

1.1.1 Định nghĩa và phân loại……… 1

1.1.1.1 Glyceride……… 1

1.1.1.2 Phospholipid……….2

1.1.1.3 Steride và sterol………3

1.1.1.4 Sáp………4

1.1.2 Tính chất vật lý………5

1.1.3 Tính chất hóa học của lipid……….5

1.1.3.1 Phản ứng thủy phân……… 5

1.1.3.2 Phản ứng hydro hóa……… 6

1.1.3.3 Phản ứng tự oxy hóa (sự ôi mỡ)……… 6

1.1.4 Các chỉ số đặc trưng cho lipid……….6

1.1.4.1 Chỉ số acid……… 6

1.1.4.2 Chỉ số xà phòng hóa………7

1.1.4.3 Chỉ số iodine……… 7

1.1.4.4 Chỉ số ester……… 7

1.2.2 Thành phần hóa học của dầu dừa………8

1.2.3 Ứng dụng của dầu dừa……… 10

1.3 Tổng quan về chất họat động bề mặt ……… 10

1.3.1 Khái niệm ……….10

1.3.2 Phân loại chất hoạt động bề mặt……… 11

1.3.2.1 Chất hoạt động bề mặt anion……… 11

1.3.2.2 Chất hoạt động bề mặt cation……….12

1.3.2.3 Chất hoạt động bề mặt không ion……… 15

1.3.2.4 Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính……… 16

1.3.3 Tính chất vật lý của chất họat động bề mặt……… 17

1.3.3.1 Nồng độ micelle tới hạn (Critical Micelle Concentration, CMC)….17 1.3.3.2 Điểm Kraft……….17

1.3.3.3 Điểm đục………17

1.3.3.4 Chỉ số calcium chấp nhận……… 17

1.3.3.5 Cân bằng ưa nước - kỵ nước (Hydrophilic Lipophilic Balance)……18

1.3.4 Các tính chất đặc trưng của chất hoạt động bề mặt……… 20

1.3.4.1 Khả năng tẩy rửa………20

1.3.4.2 Khả năng tạo nhũ……… 20

1.3.4.3 Khả năng tạo bọt……… 21

1.3.4.4 Khả năng tạo huyền phù……….21

1.3.4.5 Khả năng thấm ướt……….21

1.3.5 Ứng dụng……… 21

1.3.5.1 Ứng dụng trong các sản phẩm làm mềm vải……… 21

1.3.5.2 Ứng dụng trong công nghiệp xây dựng……….22

1.3.5.3 Ứng dụng trong các sản phẩm tẩy rửa……… 22

1.3.5.6 Ứng dụng trong môi trường……… 23

1.4 Sơ lược về monoglyceride ……… 23

1.4.1 Giới thiệu chung………23

1.4.2 Các phương pháp tổng hợp monoglyceride 24

1.4.2.1 Ester hóa trực tiếp glycerol với các acid béo 24

1.4.2.2 Transester hóa glycerol với các ester của acid béo 25

1.4.2.3 Transeter hóa glycerol với dầu thực vật và mỡ động vật 26

1.4.2.4 Bảo vệ nhóm hydroxyl của glycerol 26

1.4.3 Ứng dụng của monoglyceride……… 27

1.5 CHĐBM sinh học có nguồn gốc từ monoglyceride……….28

1.5.1 Một số CHĐBM sinh học tiêu biểu có nguồn gốc từ monoglyceride … 28

1.5.1.1 Acetylated monoglyceride (AMG)……… 28

1.5.1.2 Lactylated monoglyceride (LMG) ………28

1.5.1.3 Tartarylated monoglyceride (TMG)……… 29

1.5.1.4 Các chất hoạt động bề mặt có nguồn gốc từ monoglyceride khác…29 1.5.2 Tổng hợp CHĐBM sinh học không ion có nguồn gốc từ monoglyceride………31

1.5.3 Ứng dụng bảo quản nông sản của CHĐBM không ion từ monoglyceride………32

1.5.3.1Màng bán thấm làm từ đường đa phân tử……… 32

1.5.3.2 Màng bán thấm có nguồn gốc protein………33

1.5.3.3 Màng bán thấm làm từ chất béo………33

1.5.3.4 Màng làm từ sáp (wax) hoặc dầu……… 34

1.5.3.5 Màng bán thấm làm từ acid béo và các dẫn xuất của monoglyceride………34

2.2 Phương pháp nghiên cứu 36

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM 37

3.1 Phương tiện nghiên cứu 37

3.1.1 Dụng cụ và thiết bị 37

3.1.2 Hóa chất 37

3.2 Nguyên liệu……… 38

3.3 Chuẩn bị nguyên liệu………38

3.4 Tổng hợp methyl ester (2)……….39

3.4.1 Ester hóa dầu dừa……… 39

3.4.2 Transester hóa hỗn hợp methyl ester và triglyceride……….39

3.5 Tổng hợp monoglyceride (3)………40

3.6 Tổng hợp acetylated monoglyceride (4a)……….40

3.7 Tổng hợp lactylated monoglyceride (4b)……… 40

3.8 Tổng hợp tartarylated monoglyceride (4c)……… 41

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……… ……….42

4.1 Tổng hợp methyl ester (2)……….42

4.2 Tổng hợp monoglyceride (3)………43

4.2.1 Khảo sát tỉ lệ mol……… 44

4.2.2 Khảo sát nhiệt độ phản ứng……… 45

4.2.3 Khảo sát thời gian phản ứng……… 46

4.2.4 Điều kiện thích hợp……… 47

4.3 Tổng hợp acetylated monoglyceride (4a)……….48

4.3.1 Khảo sát tỉ lệ mol……… 49

4.3.2 Khảo sát nhiệt độ phản ứng……… 50

4.3.3 Khảo sát thời gian phản ứng……… 51

4.4.1 Khảo sát tỉ lệ mol……… 56

4.4.2 Khảo sát nhiệt độ phản ứng……… 57

4.4.3 Khảo sát thời gian phản ứng……… 58

4.4.4 Điều kiện thích hợp……… 59

4.5 Tổng hợp tartarylated monoglyceride (4c)……… 59

4.5.1 Khảo sát tỉ lệ mol……… 60

4.5.2 Khảo sát nhiệt độ phản ứng……… 62

4.5.3 Khảo sát thời gian phản ứng……… 63

4.5.4 Điều kiện thích hợp……… 64

4.6 Đánh giá chất lượng sản phẩm……… 65

4.6.1 Xác định cân bằng ưa nước và kỵ nước (giá trị HLB) của sản phẩm CHĐBM sinh học không ion……… 65

4.6.1.1 Xác định cân bằng ưa nước và kỵ nước (giá trị HLB) của acetylated monoglyceride (AMG)……… 65

4.6.1.2 Xác định cân bằng ưa nước và kỵ nước (giá trị HLB) của sản phẩm lactylated monoglyceride (LMG)……… 66

4.6.1.3 Xác định cân bằng ưa nước và kỵ nước (giá trị HLB) của sản phẩm tartarylated monoglyceride (TMG)……….67

4.6.2 Khảo sát khả năng ứng dụng bảo quản nông sản của sản phẩm chất hoạt động bề mặt sinh học không ion……….68

4.6.2.1 Khảo sát mức độ hư hỏng của cà chua và dưa leo ở các loại màng bán thấm có thành phần hóa học khác nhau……… 69

4.6.2.2 Khảo sát phần trăm khối lượng quả cà chua và dưa leo bị mất theo thời gian……… 71

5.2 Kiến nghị……… 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 81

ADPODS Alkyl diphenyloxide disulphonate

AMG Acetylated monoglyceride

APCC Asian and Pacific Coconut Community

APE Akylphenol Ethoxylate

APG Alkyl polyglucosides

CHĐBM Chất hoạt động bề mặt

CITREM Citrated monoglyceride

CMC Critical micelle concentration

DATEM Diacetyl tartaric acid ester monoglyceride

DSDMAC Distearyl dimethyl ammonium chloride

EDTA Ethylene diamine tetraacetic acid

EMG Ethoxylated monoglyceride

EtOAc Ethyl acetate

GC - MS Gas chromatography - mass spectrometry

HLB Hydrophilic Lipophilic balance

LAS Linear Alkylbenzene Sulfonate

LES Lauryl Ether Sulfate

LMG Lactylated monoglyceride

MES Methyl ester sulfonate

PAS Primary Alcohol Sulfate

p-TsOH para-Toluene sulfonic acid

R f Retention factor

SAS Secondary Alkyl Sulfonate

SCI Sodium Cocyl Isethonate

Bảng 1.1 Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng dầu dừa theo tiêu chuẩn APCC…… 9

Bảng 1.2 Thành phần các acid béo có trong dầu dừa theo tiêu chuẩn APCC…… 9

Bảng 1.3 Mối liên hệ giữa độ hòa tan của các CHĐBM với HLB……… 18

Bảng 1.4 Giá trị HLB của các nhóm ưa nước vá các nhóm kỵ nước……… 19

Bảng 3.1 Kết quả các chỉ tiêu chất lượng của dầu dừa……….38

Bảng 3.2 Kết quả xác định thành phần acid béo trong dầu dừa……… 38

Bảng 4.1 Điều kiện sơ bộ tổng hợp methyl ester (2) ở giai đoạn một……… 42

Bảng 4.2 Điều kiện sơ bộ tổng hợp methyl ester (2) ở giai đoạn hai………42

Bảng 4.3 Điều kiện sơ bộ tổng hợp monoglyceride (3)………43

Bảng 4.4 Điều kiện thích hợp cho phản ứng tổng hợp monoglyceride (3)……… 47

Bảng 4.5 Điều kiện sơ bộ tổng hợp acetylated monoglyceride (4a)……….48

Bảng 4.6 Điều kiện thích hợp cho phản ứng tổng hợp acetylated monoglyceride (4a)……… 52

Bảng 4.7 Điều kiện tổng hợp acetylated monoglyceride (4a) từ acetic anhydride………53

Bảng 4.8 Điều kiện sơ bộ tổng hợp lactylated monoglyceride (4b)……….55

Bảng 4.9 Điều kiện thích hợp cho phản ứng tổng hợp lactylated monoglyceride (4b)……… 59

Bảng 4.10 Điều kiện sơ bộ tổng hợp tartarylated monoglyceride (4c)………60

Bảng 4.11 Điều kiện thích hợp cho phản ứng tổng hợp tartarylated monoglyceride (4c)……… 64

Bảng 4.12 Điều kiện tổng hợp citrated monoglyceride (4d)………65

Bảng 4.13 Khối lượng quả cà chua theo thời gian………73

Bảng 4.14 Khối lượng quả cà chua được quy ra phần trăm trên cơ sở khối lượng quả ban đầu……… 74

Bảng 4.15 Khối lượng quả dưa leo theo thời gian………76

Hình 1.2 Cây dừa 7

Hình 1.3 Dầu dừa chưa tinh luyện và dầu dừa tinh luyện……… 9

Hình 1.4 Cấu trúc tổng quát của một phân tử CHĐBM………10

Hình 1.5 Các dạng hạt micelle……… 17

Sơ đồ 1 Quy trình tổng hợp 1-monoglyceride……… 27

Sơ đồ 2 Quy trình tổng hợp 1-monoglyceride và 2-monoglyceride……….27

Sơ đồ 3 Quy trình tổng hợp CHĐBM anion từ monoglyceride………31

Sơ đồ 4 Quy trình tổng hợp monoglyceride sulfate từ monoglyceride……… 31

Sơ đồ 5 Quy trình chung tổng hợp CHĐBM sinh học không ion có nguồn gốc từ monoglyceride 32

Hình 1.6 Cà rốt và Cần tây được phủ lớp bảo quản……… 33

Hình 1.7 Chuối được bảo quản bằng protein và dẫn xuất của monoglyceride……… 34

Sơ đồ 6 Quy trình tổng hợp CHĐBM sinh học không ion từ dầu dừa……… 35

Hình 3.1 Hỗn hợp methyl ester tách lớp sau khi được rửa với dung dịch NaHCO3 bão hòa……… 39

Hình 4.1 Bản mỏng sắc ký thu được sau phản ứng tổng hợp monoglyceride (3) (hệ giải ly PE:EtOAc = 1:1)………43

Hình 4.2 Bản mỏng sắc ký thu được khi khảo sát tỉ lệ mol methyl ester:glycerol (hệ giải ly PE:EtOAc = 1:1)……… 44

Hình 4.3 Bản mỏng sắc ký thu được khi khảo sát tỉ lệ nhiệt độ phản ứng tổng hợp monoglyceride (3) (hệ giải ly PE:EtOAc = 1:1)……… 46

Hình 4.4 Bản mỏng sắc ký thu được khi khảo sát thời gian phản ứng tổng hợp monoglyceride (3) (hệ giải ly PE:EtOAc = 1:1)……… 47

Hình 4.5 Sản phẩm monoglyceride (3) được điều chế theo điều kiện thích hợp……… 48

Hình 4.6 Bản mỏng sắc ký thu được sau phản ứng tổng hợp acetylated monoglyceride (4a) (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:1)……….49

Hình 4.8 Bản mỏng sắc ký thu được khi khảo sát nhiệt độ phản ứng tổng hợp acetylated monoglyceride (4a) (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:1)………51 Hình 4.9 Bản mỏng sắc ký thu được khi khảo sát thời gian phản ứng tổng hợp acetylated monoglyceride (4a) (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:1)………52 Hình 4.10 Sản phẩm acetylated monoglyceride (4a) được điều chế theo điều kiện thích hợp………53 Hình 4.11 Bản mỏng sắc ký thu được khi tổng hợp acetylated monoglyceride (4a)

từ acetic anhydride (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:1)……… 54 Hình 4.12 Bản mỏng sắc ký thu được sau phản ứng tổng hợp lactylated monoglyceride (4b) (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:3)……….55 Hình 4.13 Bản mỏng sắc ký thu được khi khảo sát tỉ lệ mol monoglyceride:lactic acid (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:3)……… 56 Hình 4.14 Bản mỏng sắc ký thu được khi khảo sát nhiệt độ phản ứng tổng hợp lactylated monoglyceride (4b) (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:3)……….57 Hình 4.15 Bản mỏng sắc ký thu được khi khảo sát thời gian phản ứng tổng hợp lactylated monoglyceride (4b) (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:3)……….58 Hình 4.16 Sản phẩm lactylated monoglyceride (4b) được điều chế theo điều kiện thích hợp………59 Hình 4.17 Bản mỏng sắc ký thu được sau phản ứng tổng hợp tartarylated monoglyceride (4c) (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:1)……….60 Hình 4.18 Bản mỏng sắc ký thu được khi khảo sát tỉ lệ mol monoglyceride:tartaric acid (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:1)……… 61 Hình 4.19 Bản mỏng sắc ký thu được khi khảo sát nhiệt độ phản ứng tổng hợp tartarylated monoglyceride (4c) (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:1)……… 62 Hình 4.20 Bản mỏng sắc ký thu được khi khảo sát thời gian phản ứng tổng hợp tartarylated monoglyceride (4c) (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:1)……… 63 Hình 4.21 Sản phẩm tartarylated monoglyceride (4c) được điều chế theo điều kiện thích hợp………65 Hình 4.22 Bản mỏng sắc ký thu được khi tổng hợp citrated monoglyceride (hệ giải

ly PE:EtOAc = 2:1)……… 65

Hình 4.25 Hỗn hợp có chứa 1% CHĐBM sinh học không ion ………71 Hình 4.26 Cà chua để tự nhiên và cà chua có phủ hỗn hợp các CHĐBM sinh học không ion được tổng hợp sau 6 ngày………71 Hình 4.27 Dưa leo để tự nhiên và cà chua có phủ hỗn hợp các CHĐBM sinh học không ion được tổng hợp sau 6 ngày……… ……… 72 Hình 4.28 Đồ thị biểu thị phần trăm khối lượng quả cà chua còn lại không phủ lớp bảo quản, phủ AMG 1% và AMG 3% theo thời gian……… 74Hình 4.29 Đồ thị biểu thị phần trăm khối lượng quả cà chua còn lại không phủ lớp bảo quản, phủ LMG 1% và LMG 3% theo thời gian……… 75 Hình 4.30 Đồ thị biểu thị phần trăm khối lượng quả cà chua còn lại không phủ lớp bảo quản, phủ TMG 1% và TMG 3% theo thời gian………75 Hình 4.31 Đồ thị biểu thị phần trăm khối lượng quả dưa leo còn lại không phủ lớp bảo quản, phủ AMG 1% và AMG 3% theo thời gian……… 77Hình 4.32 Đồ thị biểu thị phần trăm khối lượng quả dưa leo còn lại không phủ lớp bảo quản, phủ LMG 1% và LMG 3% theo thời gian……… 77 Hình 4.33 Đồ thị biểu thị phần trăm khối lượng quả dưa leo còn lại không phủ lớp bảo quản, phủ TMG 1% và TMG 3% theo thời gian……… 78

1.1 Sơ lược về lipid [1] [6] [8]

1.1.1 Định nghĩa và phân loại

Các chất béo động vật (mỡ) và chất béo thực vật tự nhiên (dầu) là các

glyceride tức là ester của glycerol và các acid béo Cơ thể sinh vật gồm có ba thành

phần cơ bản là protein, glucide và lipid Lipid là nguồn cung cấp năng lượng cho

các cơ thể sống nhiều hơn cả protein và glucide Lipid được chia thành các nhóm

như glyceride, phosphatide, steride và sterol, sáp

1.1.1.1 Glyceride

Glyceride hay acylglycerol là ester của glycerol và các acid béo (no, không no,

vòng) Công thức chung của glyceride là:

H2C

HC OCOR2OCOR1

H2C OCOR3

R1, R2, R3 là gốc hydrocarbon của acid béo Chúng có thể giống nhau hoặc

khác nhau Vì vậy, có thể có các glyceride thuần khiết (như triolein, tristearin )

hoặc glyceride hỗn tạp (oleodistearin, oleopamitostearin)

Triolein (có trong mỡ cừu) Tristearin

Oleopamitostearin (có trong mỡ bò) Qua phân tích các thành phần của glyceride, hơn 50 acid béo khác nhau được

tìm thấy Các acid này thường có cấu tạo mạch hở và có số carbon chẵn, khoảng từ

6 ÷ 24, nhưng các acid béo trong tế bào có số nguyên tử carbon phổ biến từ 16 ÷ 20

Một số acid béo có chứa 6 ÷ 14 nguyên tử carbon:

Caproic acid, CH3(CH2)4COOH có dầu hạt cọ, dầu dừa

Caprylic acid, CH3(CH2)6COOH có trong dầu hạt cọ, dầu dừa

Capric acid, CH3(CH2)8COOH có trong dầu hạt cọ, dầu dừa

Lauric acid, CH3(CH2)10COOH có trong dầu hạt cọ, dầu dừa

Myristic acid, CH3(CH2)12COOH có trong dầu hạt cọ, dầu dừa

Các acid béo có chứa 16 nguyên tử carbon:

Palmitic acid, CH3(CH2)14COOH có trong mỡ động vật, dầu hạt cọ, dầu dừa Palmitoleic acid, CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH có trong mỡ động vật, dầu thực vật

Một số acid béo chứa 18 nguyên tử carbon:

Oleic acid, CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH có trong mỡ lợn, dầu olive, dầu dừa và nhiều loại dầu thực vật khác

Stearic acid, CH3(CH2)16COOH có trong mỡ động vật, ca cao

Linoleic acid, CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH có trong đậu nành, dầu lanh, dầu bắp

Linolenic acid, CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH có trong dầu hạt gai, dầu lanh

Eleostearic acid, CH3(CH2)3CH=CHCH=CHCH=CH(CH2)7COOH có trong dầu hạt khổ qua

Một số acid béo chứa 20 nguyên tử carbon:

Arachidic acid, CH3(CH2)18COOH có trong dầu đậu phộng và dầu bắp

Arachidonic acid, CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4CH2CH2COOH có trong dầu đậu phộng

Cephalin có trong trứng, gan, não

R1, R2 là gốc của acid béo no và chưa no

Lecithin hay choline phospholipid cũng là triglyceride nhưng chỉ có hai nhóm hydroxyl của glycerol tạo ester với hai acid béo phân tử lượng cao (R1COOH và

R2COOH), còn nhóm hydroxyl thứ ba của glycerol tạo ester với phosphoric acid và nhóm hydroxyl thứ hai của phosphoric acid lại tạo ester với choline (trong lecithin) hay cholamine (trong cephalin) hoặc với serine (trong phosphatidylserine)

Choline HOCH2CH2N+(CH3)3

Cholamine hay ethanolamine NH2CH2CH2OH

Serine HOCH2CH(NH2)COOH

Phosphatidylserine chiết từ não có cấu tạo như sau:

Dẫn xuất của cholesterol lắng đọng ở động mạch, gây ra huyết áp cao và tắc nghẽn động mạch Cơ thể con người có khoảng 227g, ít hơn nhiều so với steroid khác Sỏi mật là dạng “đá” kết tinh của cholesterol Cholesteride có cấu tạo như sau:

Trong sáp, ngoài ester như trên còn chứa một lượng carboxylic acid tự do, alcol, một ít hydrocarbon, kèm theo các sterol và chất màu thuộc loại carotenoid Một số acid béo phân tử lượng cao thường có trong các loại sáp như:

Cerotic acid: CH3(CH2)24COOH

Montanic acid: CH3(CH2)26COOH

Sáp cá voi (spermaceti) là sáp được tách khi làm lạnh dầu cá voi, có nhiệt độ nóng chảy ở 42 – 47°C

C15H31COOC16H33Sáp cá voi Sáp ong là sáp được thu từ tổ ong mật, là một hỗn hợp ester có nhiệt độ nóng chảy ở 60 – 82°C Khi thủy phân sáp ong, carboxylic acid có mạch carbon C26 và C28, alcol bậc nhất với mạch carbon C30 và C32 được tạo thành:

C(25 – 27)H(51 – 55)COOC(30 – 32)H(61 – 65)

Sáp ong Sáp carnauba được thu từ cây cọ Brazil, có nhiệt độ nóng chảy ở 80 – 87°C, không thấm nước, thường được dùng làm phụ gia trong sơn bóng ôtô và nước bóng nền nhà Sáp carnauba là một hỗn hợp ester của acid có mạch carbon C24 và C28 với alcol bậc nhất có mạch carbon C32 và C34

1.1.3 Tính chất hóa học của lipid

1.1.3.1 Phản ứng thủy phân

Chất béo có thể bị thủy phân trong dung dịch acid hoặc dung dịch kiềm (xà phòng hóa) hay nhờ enzyme lipase trong quá trình tiêu hóa của người và động vật Với xúc tác là acid hoặc enzyme lipase, chất béo bị thủy phân cho glycerol và acid béo

Với xúc tác kiềm, chất béo bị thủy phân thành glycerol và các muối của acid béo (phản ứng xà phòng hóa)

1.1.3.2 Phản ứng hydro hóa

Để biến dầu mỡ thực vật dạng lỏng có các gốc acid chưa no thành gốc acid no, lipid dạng lỏng được cho tác dụng với hydro có xúc tác nickel

Ứng dụng này để biến lipid lỏng thành lipid rắn trong sản xuất xà phòng và bơ

1.1.3.3 Phản ứng tự oxy hóa (sự ôi mỡ)

Một số dầu mỡ động thực vật để lâu ngày ngoài không khí thường có mùi, vị khó chịu (mùi hôi, khét, vị đắng) được gọi là “sự ôi mỡ” Nguyên nhân là do chất béo đã bị oxy hóa bởi oxy không khí tạo ra peroxide và hydro peroxide Tiếp theo, các sản phẩm oxy hóa đó bị thủy phân bởi hơi ẩm và vi khuẩn để tạo ra aldehyde, ketone, carboxylic acid

CH=CH CH2 + O2 CH CH CH2

CH2CHOCHO +

CH=CH CH2 CH2 + O2 CH=CH CH CH2

OO H

+ H2O CH=CH COCH2

+ HOCH2 CH=CH CHO

CH=CH CH CH2

O

Hình 1.1 Chuỗi phản ứng tổng quát về quá trình oxy hóa chất béo

1.1.4 Các chỉ số đặc trưng cho lipid

1.1.4.1 Chỉ số acid

Các chất béo tự nhiên là trung tính, tuy nhiên trong quá trình bảo quản, chất béo có thể bị thủy phân cho acid tự do Lượng acid này được đặc trưng bằng chỉ số acid Chỉ số acid là số miligam (mg) KOH cần để trung hòa acid béo tự do có trong

1 g chất béo Chỉ số acid cho biết có mặt nhiều hay ít acid béo tự do trong chất béo

1.1.4.2 Chỉ số xà phòng hóa

Chỉ số xà phòng hóa là số mg KOH cần để xà phòng hóa hoàn toàn 1 g chất béo Chỉ số này không những cho sự xà phòng hóa các glyceride mà còn trung hòa hết các acid béo tự do có trong 1 g chất béo đó Chỉ số xà phòng cao chứng tỏ chất béo có mặt là các acid béo phân tử nhỏ Ngược lại, chỉ số xà phòng nhỏ chứng tỏ chất béo có mặt là các acid béo phân tử lượng cao hoặc có chứa những chất không

xà phòng hóa Ví dụ, chỉ số xà phòng hóa của mỡ bò là 226, dầu dừa từ 250 ÷ 260, dầu cao su từ 183 ÷ 190

1.1.4.3 Chỉ số iodine

Chỉ số iodine là số gam iodine có thể cộng vào liên kết bội trong mạch carbon của 100g chất béo Chỉ số iodine cho biết độ không no của acid béo trong chất béo

Nó còn có ý nghĩa quan trọng để đánh giá tính khô của dầu

Dầu không khô có: chỉ số iodine < 95 như dầu dừa, lạc, olive, dầu cọ, thầu dầu

Dầu bán khô có: 95 < chỉ số iodine < 130 như dầu đậu nành, dầu hướng dương, dâu cao su, dầu bông, dầu mè

Dầu khô có: chỉ số iodine > 130 như dầu lanh, dầu trẫu

1.1.4.4 Chỉ số ester

Chỉ số ester là số mg KOH cần để xà phòng hóa các glyceride có trong 1 g chất béo Chỉ số này là hiệu của chỉ số xà phòng hóa và chỉ số acid

1.2 Sơ lược về cây dừa

1.2.1 Khái quát chung [24]

Cây dừa có tên khoa học là Cocos nucifera, thuộc bộ Arecales, họ Cau

(Arecaceae), chi Cocos, loài C nucifera

Hình 1.2 Cây dừa

Dừa là một loại cây lớn, thân đơn trục (nhiều khi gọi là nhóm thân cau dừa) có

thể cao tới 30 m, với các lá đơn xẻ thùy lông chim một lần, cuống và gân chính dài

4 - 6 m các thùy với gân cấp hai có thể dài 60 ÷ 90 cm Cuống lá thường biến thành

bẹ dạng lưới ôm lấy thân, các lá già khi rụng để lại vết sẹo trên thân

Dừa được trồng ở nhiều nơi trên thế giới chủ yếu ở khu vực nhiệt đới, có độ

ẩm cao, mưa nhiều Các quốc gia trồng và xuất khẩu dừa với sản lượng cao trên thế

giới như Indonesia, Philippines, Ấn Độ, SriLanka, Việt Nam… Ở nước ta, dừa được

trồng nhiều ở khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long, chủ yếu ở các tỉnh như Bến Tre,

Trà Vinh, Tiền Giang, Kiên Giang Bến Tre là tỉnh trồng dừa lớn nhất cả nước, là

nơi dừa được trồng tập trung, được sơ chế, chế biến và kinh doanh các sản phẩm từ

dừa theo quy mô công nghiệp

Dừa được ứng dụng nhiều trong khoa học và đời sống, đặc biệt ở tất cả các bộ

phận của cây:

Cơm dừa trắng trong thịt quả được sử dụng làm thực phẩm ở dạng tươi hay

sấy khô, cơm dừa khô là nguyên liệu sản xuất dầu dừa

Nước trong quả dừa có chứa các chất như đường, đạm, chất chống oxy hóa, các

tại nhiều vùng nhiệt đới Nước dừa là vô trùng khi quả dừa chưa được bổ ra, có thể

dùng làm dung dịch truyền tĩnh mạch Nước dừa còn là nguyên liệu để sản xuất

thạch dừa

cốt dừa cô đặc pha hương vị lá dứa, sầu riêng hoặc chocolate

Ngoài ra, các bộ phận của cây dừa còn là nguyên liệu để sản xuất các sản

phẩm thực phẩm, hàng gia dụng và nhiều sản phẩm có giá trị kinh tế khác

1.2.2 Thành phần hóa học của dầu dừa [25] [26]

Dầu dừa chứa khoảng 92% triglyceride của acid béo no và 8% triglyceride của

acid béo không no Dầu dừa có nhiệt độ nóng chảy 24oC, có màu vàng nhạt, mùi

đặc trưng của dừa Dầu dừa tinh luyện sẽ trong suốt, không vị, không mùi Ngoài

triglyceride, dầu còn chứa các vitamin tan trong dầu như A, E, D Đặc biệt, vitamin

E trong dầu dừa là chất chống oxy hóa giúp duy trì cấu trúc và chức năng của tế bào,

cũng như bảo vệ dầu dừa chống ôi

Hình 1.3 Dầu dừa chưa tinh luyện và dầu dừa tinh luyện

Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng dầu dừa theo tiêu chuẩn APCC (Asian and Pacific Coconut Community) và thành phần các acid béo có trong dầu dừa được trình bày ở Bảng 1.1 và Bảng 1.2

Bảng 1.1 Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng dầu dừa theo tiêu chuẩn APCC

1 Chỉ số chiết quang ở 40oC 1,4480 ÷ 1,4492

3 Tạp chất không hòa tan (% khối lượng) 0,05

4 Chỉ số xà phòng hóa (mg KOH/g mẫu) 250 ÷ 260

5 Chỉ số Iodine (g I2/100g mẫu) 4,1 ÷ 11

6 Chất không xà phòng hóa (% khối lượng) 0,5 ÷ 0,5

Bảng 1.2 Thành phần các acid béo có trong dầu dừa theo tiêu chuẩn APCC

Acid béo mạch carbon no

Đầu kỵ nước Đầu ưa nước

1.2.3 Ứng dụng của dầu dừa [11] [23]

Dầu dừa chứa hàm lượng acid béo bão hòa cao nên dầu dừa có độ bền oxy hóa cao hiếm khi bị ôi Do đó, dầu dừa được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm trong các sản phẩm như sữa cho trẻ, bánh kẹo, kem, chocolate…

Trong y học, dầu dừa được sử dụng trong khẩu phần ăn giúp ích cho bệnh nhân tiểu đường (Garfinkel, 1992), chống tăng cholesterol trong máu (Enig, 1996 and Dayrit, 2001), chống ung thư đại tràng và ung thư vú (Brod, 1998), giúp ngăn ngừa nguy cơ mắc bệnh tim mạch (Enig, 1999)

Trong mỹ phẩm, dầu dừa được sử dụng làm nền lotion cho các sản phẩm mỹ phẩm như xà phòng thiên nhiên, dầu gội thiên nhiên, dầu dưỡng tóc, dầu massage…

Dầu dừa có chứa hàm lượng myristic acid cao, kết hợp với isopropyl myristate được

sử dụng như là phụ gia trong nhiều sản phẩm mỹ phẩm Lauric acid trong dầu dừa cũng là một thành phần trong kem đánh răng

Trong tổng hợp hữu cơ, dầu dừa còn được sử dụng để tổng hợp CHĐBM Các mạch hydrocarbon trong phân tử triglyceride sẽ là phần kỵ nước trong phân tử CHĐBM và chỉ cần một số biến đổi cấu trúc để gắn đầu ưa nước vào mạch hydrocarbon thì phân tử CHĐBM mong muốn sẽ được tạo thành Dầu dừa còn được dùng để tổng hợp diesel sinh học và dầu nhờn sinh học Diesel sinh học được tổng hợp dựa trên phản ứng transester hóa giữa dầu dừa và methanol với xúc tác KOH Tiếp đó, sản phẩm methyl ester và trimethylolpropane sẽ được transester hóa với xúc tác CH3ONa để tạo thành dầu nhờn sinh học

1.3 Tổng quan về chất họat động bề mặt [1] [2]

1.3.1 Khái niệm

Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) là những chất có khả năng hấp phụ trên bề mặt phân chia pha, có tác dụng làm giảm năng lượng tự do và sức căng bề mặt phân chia pha (khí – lỏng, lỏng – lỏng, lỏng – rắn) Cấu trúc của một phân tử CHĐBM gồm hai phần: một phần phân cực hay còn gọi là đầu ưa nước và một phần không phân cực hay còn gọi là đầu kỵ nước

Hình 1.4 Cấu trúc tổng quát của một phân tử CHĐBM

1.3.2 Phân loại chất họat động bề mặt

- Alkylbenzene sulfonate (ABS): Đây là CHĐBM thường được sử dụng nhất,

gồm hai loại là ABS nhánh và ABS thẳng Trong đó, ABS nhánh chỉ được dùng

trong số ít quốc gia do khả năng phân giải sinh học chậm

- Parafin sulfonate (SAS: Secondary Alkyl Sulfonate): Những chất này có khả

năng phân giải sinh học cao, là nguồn sản xuất các anion Công thức tổng quát của parafin sulfonate như sau:

(CH2)n CH

SO3(CH2)m CH3

-CH3

- Sulfate của các alcol bậc một (PAS: Primary Alcohol Sulfate): Các sản phẩm

này được chế tạo bằng cách sulfate hóa các alcol béo với hỗn hợp không khí/SO3theo phản ứng sau:

- Alkyl ether sulfate (LES: Lauryl Ether Sulfate): Loại CHĐBM này thường được sử dụng trong nước rửa chén, dầu gội đầu…

RO(CH2CH2O)nSO3- với R = Lauryl

- Sulfosuccinate: Đây là các bán ester (hemiester) của succinic acid có hai

nhóm anion là carboxylic và sulfonic, có công thức tổng quát như sau:

SO3ROCOCHCH2COO-

Alkyl isethionate: Công thức hóa học của chúng như sau:

- Methyl ester sulfonate (MES): Công thức hóa học như sau:

SO3RCHOCOCH3

Xà phòng là hợp chất có công thức hóa học là: RCOONa, trong đó R là gốc

hydrocarbon của acid béo

1.3.2.2 Chất hoạt động bề mặt cation

Chất hoạt động bề mặt cation là CHĐBM khi phân ly trong nước tạo thành một ion âm và một ion dương, đầu ưu nước mang điện dương, tạo thành các cation hoạt động bề mặt Kí hiệu:

Do đầu ưa nước tích điện dương nên CHĐBM cation hấp phụ mạnh trên các

bề mặt tích điện âm như tóc, vải, màng tế bào của vi khuẩn Do vậy, chúng được sử dụng như chất làm mềm vải, dầu xả tóc và các tác nhân kháng khuẩn Một số CHĐBM cation thường gặp:

Nhóm các muối ammonium bậc bốn trong đó nitrogen nối trực tiếp với nhóm

CH3

- Muối dialkyl dimethyl ammonium:

CH3

CH3XR

(OCH2CH2)n HNhóm cation đặt trong vòng:

- Muối alkyl pyridinium:

- Muối diamonium bậc 4:

CHĐBM cation - esterquat: Esterquat là chất làm mềm vải sợi và giảm khả năng bám dính của vết bẩn trên vải, ngoài ra nó còn là chất diệt khuẩn thân thiện với môi trường Chính vì có nhiều ứng dụng nên CHĐBM cation ngày càng giữ vai trò to lớn trong ngành công nghiệp dệt, y tế …

OO

O

HO

X

Esterquat, với X = Cl-, CH3SO3

-Cetyl pyridinium chloride (CPC): Là một chất khử trùng hiệu quả trong việc ngăn ngừa mảng bám răng và làm giảm viêm nướu CPC có trong một số loại nước súc miệng, kem đánh răng, thuốc xịt chống viêm họng và thuốc xịt mũi Ngoài

ra, CPC cũng được sử dụng như là một thành phần trong thuốc trừ sâu

N

CH3Cl

Benzethonium chloride (BZT): Benzethonium chloride là chất khử trùng và chống nhiễm khuẩn Nó cũng được tìm thấy trong mỹ phẩm và các sản phẩm vệ sinh cá nhân, chất làm ẩm và là chất kháng khuẩn trong thuốc sát trùng

Cl

1.3.2.3 Chất hoạt động bề mặt không ion

CHĐBM không ion là CHĐBM có nhóm phân cực không bị ion hóa trong dung dịch nước Cấu trúc của CHĐBM không ion gồm có phần ưa nước chứa những nguyên tử oxygen, nitrogen hoặc sulfur không ion hóa (có thể là nhóm alcohol và ester) và phần kỵ nước là mạch hydrocarbon dài

Kí hiệu:

CHĐBM không ion không bị ion hóa nên không tích điện, do đó ít bị ảnh hưởng bởi nước cứng và pH của môi trường Tuy nhiên CHĐBM loại này vẫn có khả năng tạo phức với các ion kim loại nặng, êm dịu với da, lấy dầu ít, tạo bọt kém, thường được dùng trong những chất tẩy rửa cho máy rửa chén và giặt giũ Một số CHĐBM không ion thường gặp:

- Akylphenol Ethoxylate (APE): C6H4(OC2H4)nOH

- Alcohol Ethoxylate (AE): R(OC2H4)nH

- Alkyl polyglucoside (APG)

O

CH2OHOH

OH

OO

OH

OOO

OH

OH

H H

Lauryl diglucoside

O

OHnLauryl alcohol ethoxylate

1.3.2.4 Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính

CHĐBM lưỡng tính (switterionic surfactant, amphoteric surfactant) là CHĐBM có chứa cả nhóm anion và cation trong đầu ưa nước Chúng có khả năng chuyển thành anion, cation hoặc không ion trong dung dịch phụ thuộc vào pH của môi trường Kí hiệu:

Trong môi trường acid, đầu ưa nước thể hiện vai trò là cation nên chúng sẽ có tính chất của CHĐBM cation Trong môi trường kiềm, đầu ưa nước thể hiện vai trò

là anion nên chúng sẽ có tính chất của CHĐBM anion Ở khoảng pH trung tính, đầu

ưa nước thể hiện vai trò là ion lưỡng tính nên chúng được gọi là CHĐBM lưỡng tính

CHĐBM lưỡng tính tương hợp tốt với các CHĐBM khác Chúng được sử dụng phổ biến trong các sản phẩm tẩy rửa toilet, dầu gội đầu trẻ em, sản phẩm tẩy rửa hàng ngày và xà phòng

Imidazoline và betain là các CHĐBM lưỡng tính phổ biến, đặc biệt là betain thường được sử dụng nhất

- Alkyl amidol propyl betain:

(CH2)3 N CH2CHCH2SO3

-CH3

CH3

OHRCONH

- Alkyl amino propyl sulfobetain

1.3.3 Tính chất vật lý của chất họat động bề mặt

1.3.3.1 Nồng độ micelle tới hạn (Critical Micelle Concentration, CMC)

Nồng độ micelle tới hạn là nồng độ mà tại đó các phân tử CHĐBM bắt đầu tạo thành đám hay còn gọi là micelle

Micelle là một tập hợp trật tự của các phân tử CHĐBM được hình thành tại nồng độ tới hạn của CHĐBM – Micelle có thể là hình cầu, hình trụ, hình lớp mỏng… tùy thuộc điều kiện hình thành

Hình 1.5 Các dạng hạt micelle

1.3.3.2 Điểm Kraft

Điểm Kraft là nhiệt độ mà tại đó nồng độ CHĐBM bằng nồng độ micelle tới hạn Khi đạt đến nhiệt độ này, một lượng lớn CHĐBM sẽ được phân tán trong dung dịch ở dạng micelle Như vậy, ở nhiệt độ thấp hơn điểm Kraft, độ tan của CHĐBM không đủ lớn để hình thành micelle Khi nhiệt độ tăng, độ tan của CHĐBM tăng Khi nhiệt độ đạt đến điểm Kraft, micelle được hình thành trong dung dịch CHĐBM

1.3.3.3 Điểm đục

Điểm đục là nhiệt độ mà tại đó độ hòa tan của CHĐBM không tăng lên được nữa Điểm đục được đo trong dung dịch nước chứa 1% CHĐBM Điểm đục dao động từ 0oC - 100oC là đặc trưng của CHĐBM không ion CHĐBM anion dễ tan trong nước hơn CHĐBM không ion nên thường có điểm đục cao hơn 100oC

1.3.3.4 Chỉ số calcium chấp nhận

Chỉ số này đo độ cứng tối đa của nước mà CHĐBM vẫn còn hiệu lực trong chức năng tẩy rửa Chỉ số này càng lớn, CHĐBM càng có khả năng tẩy rửa trong nước cứng Chỉ số calcium chấp nhận được xác định bằng cách chuẩn độ 50 mL dung dịch chứa 0,05% CHĐBM với dung dịch calcium acetate 1%

1.3.3.5 Cân bằng ưa nước - kỵ nước (Hydrophilic Lipophilic Balance)

Cân bằng ưa nước - kỵ nước là sự cân bằng tương ứng giữa phần ái nước và phần kỵ nước của phân tử CHĐBM gọi là HLB Khi HLB tăng, CHĐBM càng dễ tan trong nước, HLB giảm thì CHĐBM dễ tan trong dầu Mối liên hệ giữa độ hòa tan của các CHĐBM với HLB được trình bày ở Bảng 1.3

Bảng 1.3 Mối liên hệ giữa độ hòa tan của các CHĐBM với HLB

Không phân tán trong nước

Ít phân tán trong nước

Phân tán như sữa sau khi lắc

Phân tán như sữa bền

Phân tán từ trong mờ đến trong

Trong hoàn toàn

HLB = 20 × Mh/M Trong đó:

Mh: khối lượng phân tử nhóm ưa nước trong phân tử CHĐBM

M: khối lượng phân tử CHĐBM

Theo phương pháp này thì giá trị HLB dao độ từ lớn hơn 0 đến dưới 20

Giá trị HLB còn được xác định theo công thức của Davies:

HLB = 7 + (HLB của các nhóm ưa nước) – (HLB của các nhóm kỵ nước) Giá trị HLB của các nhóm ưa nước và các nhóm kỵ nước cho trong Bảng 1.4 Ngoài ra, các ester của acid béo và polyhydric alcohol có giá trị HLB được tính toán theo công thức sau:

HLB = 20 × (1 - S/A)

Trong đó:

S: chỉ số xà phòng hóa của ester

A: chỉ số acid của chất béo

Trong thực tế, nếu chỉ số xà phòng hóa của ester từ acid béo tương ứng không

đo được thì giá trị HLB được tính theo công thức:

HLB = (E + P)/5 Trong đó:

E: phần trăm khối lượng oxyethylene chứa trong hợp chất

P: phần trăm khối lượng alcoholpolyhyric (polyol) chứa trong hợp chất

Bảng 1.4 Giá trị HLB của các nhóm ưa nước vá các nhóm kỵ nước

Các nhóm ưa nước HLB Các nhóm kỵ nước HLB

vòng benzene -CF2-

-CF3

=CH- -CH2- -CH3 -(CH2CH2O)- -(CH2CH2CH2O)-

1,662 0,87 0,87 0,475 0,475 0,475 0,33 0,15

1.3.4 Các tính chất đặc trưng của chất hoạt động bề mặt

1.3.4.1 Khả năng tẩy rửa

Khả năng tẩy rửa của CHĐBM là khả năng của đầu ưa dầu quyện vào các chất bẩn có gốc dầu, còn đầu ưa nước thì nằm trong nước Trong trường hợp có sự tạo micelle thì các hạt dầu chui vào micelle và do đó bị lôi cuốn ra khỏi quần áo hay vật liệu tẩy rửa

CHĐBM làm giảm sức căng bề mặt của nước Vì vậy dung dịch xà phòng dễ thấm ướt vải sợi và ngấm vào mao quản của vải sợi bẩn, trong khi đó nước tinh khiết không thể thấm vào mao quản đó được vì nước có sức căng bề mặt cao Mặt khác, dung dịch xà phòng dễ tạo bọt do đó một phần chất bẩn sẽ tách vào bọt, nhất

là những hạt bẩn thấm ướt kém sẽ dính vào bọt khí giống như quá trình tuyển nổi khi làm giàu quặng Khả năng tẩy rửa được tính theo công thức sau:

Trong đó

Rw: chỉ số phản xạ của vải bẩn đã được tẩy rửa

Rs: chỉ số phản xạ của vải bẩn trước khi tẩy rửa

Ro: chỉ số phản xạ của vải mới ban đầu

sẽ tạo liên kết Van der Waals và liên kết với các chất kỵ nước Những hạt nhỏ trong

hệ nhũ tương phản xạ ánh sáng khi có tia sáng rọi vào Kết quả là hỗn hợp nhũ tương thường có màu xám mờ hoặc trắng đục

(Rw – Rs)(Ro – Rs)Khả năng tẩy rửa = × 100%

1.3.4.3 Khả năng tạo bọt

Bọt chỉ là hệ phân tán khí với hàm lượng khí rất lớn Khả năng tạo bọt của CHĐBM là khả năng tập hợp liên diện không khí - nước và làm giảm sức căng bề mặt Thông thường phân tử CHĐBM bị hấp phụ ở liên diện không khí – chất lỏng khi bọt khí hình thành trong phân tử CHĐBM

1.3.4.4 Khả năng tạo huyền phù

Huyền phù là một hệ lơ lửng các hạt rắn trong chất lỏng Khả năng tạo huyền phù của CHĐBM là khả năng ngăn các hạt kết dính lại với nhau Trong quá trình tẩy rửa, CHĐBM phân tán đều trong nước ngăn cản không cho chất bẩn bám vào bề mặt của vật đã tẩy rửa

1.3.4.5 Khả năng thấm ướt

Hiện tượng thấm ướt là sự thay thế một lưu chất trên bề mặt một lưu chất khác Thông thường sự thấm ướt áp dụng cho sự thay thế không khí trên bề mặt chất rắn hay lỏng bằng nước hay dung dịch nước Như vậy, hiện tượng thấm ướt cũng liên

hệ đến bề mặt và các liên diện Vì nước cũng có sức căng bề mặt cao nên rất khó trải ra trên bề mặt các chất rắn cộng hóa trị có sức căng bề mặt bé hơn Thêm một CHĐBM thích hợp vào trong nước có tác dụng làm thay đổi sức căng bề mặt của hệ thống vì vậy tạo điều kiện thuận lợi cho sự thấm ướt

Hiện tượng thấm ướt có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật sơn, nhuộm, tẩy trắng, các chất diệt sâu bọ, diệt ký sinh trùng (vì bề mặt lá, lông động vật có tính kỵ nước)

1.3.5 Ứng dụng

Nhờ có cấu trúc gồm đầu ưa nước và đuôi kỵ nước cùng tồn tại trong một phân tử nên CHĐBM có các tính chất đặc biệt hữu ích Chúng được dùng với nhiều vai trò như chất tạo nhũ, chất phân tán, chất tẩy rửa, chất tạo bọt, chất chống ăn mòn, chất điều chỉnh bề mặt, chất tăng độ tan, chất diệt khuẩn hay các tác nhân tạo độ ẩm

1.3.5.1 Ứng dụng trong các sản phẩm làm mềm vải

Các chất làm mềm vải được sử dụng với mục đích cải thiện tình trạng sợi vải trở nên thô cứng sau nhiều lần giặt với các sản phẩm tẩy giặt đơn thuần Sản phẩm làm mềm vải đầu tiên là DSDMAC (distearyl dimethyl ammonium chloride) Nhờ đặc tính tích điện dương nên DSDMAC hấp phụ mạnh lên sợi tơ, làm giảm điện tích của vải, giúp vải trơn bóng và dễ ủi Tuy vậy, nhược điểm của DSDMAC là khó phân hủy sinh học và không tan trong nước Vì vậy, esteramine thế bốn lần

(esterquat) có tính thân thiện hơn với môi trường và khả năng phân hủy sinh học tốt hơn, đã nhanh chóng được các nhà sản xuất đưa ra thay thế cho DSDMAC

1.3.5.2 Ứng dụng trong công nghiệp xây dựng

Chất chống thấm phổ biến trên thị trường là dung dịch Radcon 7 Dung dịch này được giới thiệu là trên cơ sở thuỷ tinh lỏng kết hợp với các CHĐBM nhằm nâng cao hiệu quả thấm sâu của dung dịch vào trong lòng vữa và bê tông

CHĐBM thường được sử dụng trong các hệ sơn nhũ tương và trong công thức sơn, người ta có thể dùng CHĐBM như là chất trợ phân tán giúp phân tán bột màu vào sơn Ngoài ra nó làm tăng độ tan, điều chỉnh bề mặt, chống nhiễm tĩnh điện và chống ăn mòn

1.3.5.3 Ứng dụng trong các sản phẩm tẩy rửa

Xà phòng là chất tẩy rửa đầu tiên được giới thiệu và sản xuất thương mại vào thế kỷ XIII và đến nay vẫn có giá trị ứng dụng nhất định Tuy nhiên, từ năm 1940 chất tẩy rửa tổng hợp ra đời mở ra sự biến đổi lớn cho công nghiệp sản xuất sản phẩm tẩy rửa CHĐBM là thành phần cơ bản của tất cả các sản phẩm tẩy rửa như nước rửa chén, dầu gội, xà bông tắm, nước tẩy rửa gia dụng, bột giặt…Vai trò của chúng là lấy đi các vết bẩn và những chất lơ lửng trong nước để ngăn cản sự tái bám của chúng

CHĐBM Linear Alkyl Sulfate (LAS) có trong các sản phẩm tẩy giặt, nước rửa chén và nước rửa tay Chúng kết hợp với một alkyl eter sulfate để tạo bột giặt (có khả năng nhũ hóa dầu mỡ và tạo bọt cao)

CHĐBM Alkyl diphenyloxide disulphonate (ADPODS) có tính hòa tan cao,

độ nhớt thấp và tẩy rửa tốt, có trong thành phần bột giặt

CHĐBM Sodium Cocyl Isethonate (SCI) có tính tẩy rửa tốt, ngay cả khi có mặt xà phòng cùng hiện diện (đây là đặc tính mà các CHĐBM anion khác không có) Sau khi rửa xà phòng, da bị khô do chất nhờn bị lấy hết, thì với sự kết hợp của SCI da sau khi rửa mềm mượt hơn

1.3.5.4 Ứng dụng trong những sản phẩm sát trùng

Tẩy trùng cho quần áo

Tiệt trùng chén bát, ly tách

Tiệt trùng các dụng cụ y khoa và sát trùng da trước khi phẫu thuật

Làm chất diệt khuẩn trong công nghệ thuộc da