tổng hợp một số dung môi sâu trên cơ sở 2 alkylben zimidazole, choline chloride và ứng dụng tách chiết omega 3,6,9 trong mỡ cá basa ở đồng bằng sông cửu long TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÊ THỊ THANH XUÂN TỔNG HỢP MỘT SỐ DUNG MÔI SÂU TRÊN CƠ SỞ 2-ALKYLBENZIMIDAZOLE, CHOLINE CHLORIDE VÀ ỨNG DỤNG TÁCH CHIẾT OMEGA-3,6,9 TRONG MỠ CÁ BASA Ở ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG Chun ngành: Hóa hữu Mã số: 44 01 14 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA HỮU CƠ TP.HCM – 2021 Cơng trình hồn thành tại: Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học 1: PGS TS Hồ Sơn Lâm Người hướng dẫn khoa học 2: TS Cù Thành Sơn Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học viện, họp Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi … ’, ngày … tháng … năm 2021… Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Hiện nay, nghề nuôi cá đặc biệt cá basa, cá tra (catfish) phát triển mạnh khu vực Đồng Sông Cửu Long, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ nước làm nguyên liệu cho chế biến xuất khẩu, thúc đẩy phát triển ngành công nghiệp thủy sản Việt Nam Tuy nhiên, cá basa, cá tra chủ yếu sử dụng phần thịt (phile) cho xuất loại mỡ nguyên sinh cho thị trường nước Các phụ phẩm qui trình chế biến như: đầu, xương, mỡ, da chưa tận dụng cách hiệu Dạng phụ phẩm từ trước đến dùng làm phân bón thức ăn gia súc Nếu khơng có biện pháp xử lý phù hợp khơng lãng phí nguồn dinh dưỡng chứa đó, mà cịn trở thành nguồn gây nhiễm cho môi trường Trong vài năm gần đây, Việt Nam có số cơng trình nghiên cứu tách hợp chất omega phương pháp như: Thủy giải lipid môi trường kiềm kết tủa urea, sử dụng phương pháp kết tinh phân đoạn nhiệt độ thấp… nhằm nâng cao hiệu kinh tế trình chế biến cá da trơn Nhưng nhìn chung kết mang tính chất thăm dị, chưa có cơng trình nghiên cứu tách hợp chất Omega-3,6,9 khỏi hỗn hợp acid béo mỡ cá basa cá tra Trên giới phương pháp tách chiết Omega-3,6,9 có nghiên cứu sản xuất như: phương pháp sắc ký, phương pháp chưng cất enzyme, phương pháp kết tủa urea phức, phương pháp chiết chất lỏng siêu tới hạn… Dung môi sâu dạng chất lỏng ion hệ mới, chúng tạo cách trộn thành phần thích hợp đun nóng tạo chất lỏng có điểm đóng băng thấp thành phần riêng lẻ Việc hạ thấp điểm đóng băng kết tương tác liên kết hydro tác nhân Dung môi sâu có tính chất đặc biệt như, hồn tồn khơng bay khơng có áp suất Do đó, chúng không gây vấn đề liên quan đến cháy nở, an tồn cho người vận hành môi trường sống, khả phân hủy sinh học khả tương thích sinh học Chúng thay dung mơi độc hại, hạn chế gây nhiễm mơi trường, có khả thu hồi tái sử dụng Vì chúng ứng cử viên sử dụng dung môi kỹ thuật tách chiết Việc tách Omega-3,6,9 khỏi hỗn hợp acid béo tách riêng dạng omega với hệ dung mơi xanh có chi phí thấp vấn đề nhà nghiên cứu sản xuất quan tâm Căn vào nhu cầu thực tế Omega-3,6,9 Việt Nam, việc phải nâng cao hiệu kinh tế cá da trơn Việt Nam, đáp ứng yêu cầu tính khoa học cao việc tách làm giàu Omega-3,6,9 hệ dung môi xanh rẻ tiền, đề xuất thực cơng trình “Tổng hợp số dung môi sâu sở 2-alkylbenzimidazole, choline chloride ứng dụng tách chiết Omega-3,6,9 mỡ cá basa Đồng Sông Cửu Long” Học Viện Khoa học Công nghệ chấp nhận làm nghiên cứu sinh với luận án có nội dung * Mục tiêu đề tài - Tổng hợp hệ dung môi sâu sở choline chloride với hợp chất, 2-alkylbenzimidazole/ethylene glycol xác định cấu trúc chúng - Sử dụng dung môi sâu tổng hợp để làm giàu tách Omega-3,6,9 từ mỡ phế thải theo qui trình nhà máy chế biến cá basa xuất * Nội dung đề tài Khảo sát thành phần, hàm lượng acid béo mỡ cá basa dung môi truyền thống xây dựng qui trình tách acid béo khỏi phụ phẩm trình chế biến phile cá basa Nghiên cứu tổng hợp dung môi sâu (Deep Eutectic Solvent) sở - Choline chloride với urea đồng đẳng (methylurea, thiourea methylthiourea) xác định tính chất chúng - 2-Alkylbenzimidazole (2-pentylbenzimidazole, 2-heptylbenzimidazole, 2-octylbenzimidazole, 2-nonylbenzimidazole), tạo hệ dung môi sâu ethylene glycol/2-alkylbenzimidazole Sử dụng dung môi sâu tổng hợp để tách làm giàu Omega-3,6,9 từ nguyên liệu So sánh trình làm giàu tách Omega-3,6,9 dung môi sâu tổng hợp * Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Tìm phương pháp tách làm giàu Omega-3,6,9 có mỡ phụ phẩm q trình chế biến cá basa dung môi sâu cho hàm lượng omega cao Tận dụng cách có hiệu nguồn phụ phẩm chế biến xuất cá basa vùng Đồng Sơng Cửu Long Góp phần nâng cao giá trị kinh tế cá bảo vệ mơi trường, hướng nghiên cứu có giá trị học thuật cao Do Việt Nam chưa có cơng trình nghiên cứu tách làm giàu Omega-3,6,9 từ mỡ nguồn phế thải trình chế biến cá basa xuất dung môi sâu CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược chất lỏng ion 1.2 Dung môi sâu-DES (deep eutectic solvent) hệ chất lỏng ion 1.2.1 Sơ lược hình thành phát triển ứng dụng DES Trong năm đầu kỷ 20, hệ chất lỏng ion dựa hỗn hợp muối amoni bậc bốn (2-hydroxyethyl trimethyl amoni cloride) với số chất tạo liên kết hydro amide, glycol acid carboxylic (mono-diacid) để tạo thành dung mơi có khả hòa tan nhiều muối oxit kim loại, giá thành thấp dễ tái chế tự phân hủy mà không gây ô nhiễm môi trường Chất lỏng ion gọi DES (deep eutectic solvent) Những công bố hệ chất lỏng ion Abbott cộng từ năm 2001 Để làm nổi bật quan tâm ngày tăng DES dung môi xanh, C Andrew tác giả tìm kiếm thơng qua sở liệu trích dẫn Web of Science Citation Database với nhiều cơng trình nghiên cứu lĩnh vực DES Khi hợp chất cấu thành DES chất chính, aminoacid, acid hữu cơ, đường dẫn xuất choline, DES gọi dung mơi eutectic sâu tự nhiên (NADES) Khi xem xét tính chất hóa lý, NADES có đầy đủ đặc trưng nguyên tắc hóa học xanh 1.2.2 Cơ sở khoa học hệ DES Theo Abbott [64], muối hữu rắn tác nhân tạo phức trộn theo tỷ lệ phù hợp đun nóng tạo chất lỏng có điểm đóng băng thấp thành phần riêng lẻ Ngoài ra, nhiệt độ hỗn hợp eutectic nằm điểm sôi nước Việc hạ thấp điểm đóng băng kết tương tác liên kết hydro tác nhân tạo phức muối hữu Liên kết hydro liên kết yếu hình thành lực hút tĩnh điện hydro (đã liên kết phân tử) với ngun tử có độ âm điện mạnh có kích thước bé (N,O, F ) phân tử khác phân tử Liên kết hydro hình thành phân tử nội phân tử 1.3 Sơ lược cá basa, cá tra Việt Nam hàm lượng Omega3,6,9 cá 1.3.1 Giới thiệu cá basa, cá tra 1.3.2 Trữ lượng cá basa, cá tra hàm lượng omega cá 1.4 Giá trị ứng dụng Omega-3,6,9 sống 1.4.1 Những nghiên cứu mặt dược lý omega người 1.4.2 Giới thiệu chất béo 1.4.3 Phân loại aicd béo 1.4.4 Giới thiệu omega 1.5 Một số phương pháp tách chiết Omega-3,6,9 có nghiên cứu sản xuất Phương pháp sắc ký, phương pháp chưng cất enzyme, kết tinh nhiệt độ thấp kết tủa urea phức, chất lỏng siêu tới hạn Việt Nam có số cơng trình nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu kinh tế trình chế biến cá da trơn phế phẩm chế biến từ cá thực như: phản ứng thủy phân kết tủa urea để thu nhận acid béo chưa bão hòa, sử dụng phương pháp kết tinh phân đoạn nhiệt độ thấp thu hàm lượng Omega-3 22,824,05% [109,110], phương pháp thủy giải lipid môi trường kiềm kết tủa urea để thu acid béo gồm acid béo bão hòa acid béo chưa bão hòa với hàm lượng omega 24,5% [111] Cũng có tác giả [112] sử dụng dung môi truyền thống để chiết omega từ mỡ cá basa thực phương pháp transester hóa để phân tích xác định thành phần chúng Nhìn chung cơng bố mang tính chất thăm dị, chưa có cơng trình nghiên cứu tách hợp chất Omega-3,6,9 khỏi hỗn hợp acid béo mỡ cá basa cá tra dung môi sâu CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất, ngun liệu, dụng cụ tiến hành thí nghiệm 2.2 Chuẩn bị nguyên liệu cá basa, cá tra 2.2.1 Qui trình xử lý nguyên liệu Nguyên liệu cá basa, cá tra thu từ nhà máy chế biến thủy sản Đồng Tháp, sau mang rửa để nước, sau tiến hành xẻ thịt theo qui trình nhà máy sản xuất thủy sản xuất khẩu, thu phần: Phần mỡ nguyên sinh, thịt (phile) phần lại (da, đầu, mình, nội tạng…) gộp chung phụ phẩm bảng Chúng thực ba lần cho qui trình xẻ thịt để xác định trọng lượng trung bình Bảng 2.2 Thành phần nguyên liệu ban đầu từ cá basa, cá tra Cá tra Cá basa Trọng lượng Tỷ lệ Trọng lượng Tỷ lệ (gam) (%) (gam) (%) Mỡ nguyên chất 50 2,3 106 6,06 Thịt (phile) 816 37,1 615 35,14 Phụ phẩm 1334 60,6 1029 58,8 Tổng 2200 100 1750 100 STT Thành phần 2.2.2 Phương pháp chiết acid béo từ phụ phẩm Phần phụ phẩm thêm nước đun sôi 60 phút, để nguội làm lạnh Tách phần mỡ thu từ phụ phẩm tiến hành chiết xuất nối tiếp với hệ dung môi n-hexane-methanol Methyl hóa: Cao thu sau chiết xuất tiến hành methyl hóa với methanol xúc tác acid sulfuaric đặc với tỷ lệ Cao/ Methanol/Xúc tác 50gam/100gam/1gam Quá trình ester hóa tiến hành bình thủy tinh 200 ml, có gắn sinh hàn hồi lưu thời gian điều kiện khuấy gia nhiệt đến 60 oC thiết bị từ tính Sản phẩm tiến hành cô quay chân không 35 oC để loại bớt methanol dư, sau rửa nhiều lần nước cất làm khan Na2SO4 Mẫu tiến hành phân tích GC/FID để xác định thành phần hóa học giữ nguyên cho nghiên cứu tách Omega-3,6,9 sau 2.3 Các hệ DES tổng hợp sử dụng luận án Các hệ DES tổng hợp sử dụng để làm giàu tách Omega-3,6,9 từ mỡ phế thải trình chế biến cá basa Việt Nam giới thiệu bảng sau Bảng 2.3 Tỷ lệ khối lượng tổng hợp mẫu DES Hệ DES Tỷ lệ khối lượng (g/g) Methanol/Urea (Mẫu 1, Mẫu 2, Mẫu 3, Mẫu 4) 1:(0,14; 0,2 ; 0,23; 0,25) Choline chloride/urea (Ch/U) 1:1 Choline chloride/methylurea (Ch/MU) 1:1 Choline chloride/thiourea (Ch/Thi) 1:1 Choline chloride/methylthiourea (Ch/MThi) 1:1 Ethylene glycol/ 2-pentylbenzimidazole (EG/Benz-C5) 10:1,5 Ethylene glycol/ 2-heptylbenzimidazole (EG/Benz-C7) 10:1,5 Ethylene glycol/ 2-octylbenzimidazole (EG/Benz-C8) 10:1,5 Ethylene glycol/ 2-nonylbenzimidazole (EG/Benz-C9) 10:1,5 2.4 Tổng hợp DES sở choline chloride/urea đồng đẳng Phương pháp tổng hợp chất lỏng dạng DES sở choline chloride áp dụng sau: Choline chloride urea cho vào cốc thủy tinh chịu nhiệt đặt bếp khuấy từ có gia nhiệt theo tỷ lệ 1:1, 2:1 1:2 khối lượng đun nóng 60-70 oC có khuấy thu chất lỏng đồng Thực nghiệm cho thấy, có mẫu với tỷ lệ khối lượng choline chloride/ urea 1:1 2:1, sau để nguội giữ trạng thái lỏng Còn mẫu 1:2 (urea nhiều hơn) bị kết tinh trở lại Vì chúng tơi sử dụng mẫu có tỷ lệ 1:1 nghiên cứu đồng đẳng urea methylurea, thiourea, methylthiourea (tỷ lệ chung 1:1) 2.5 Tổng hợp 2-alkylbenzimidazole hệ DES (ethylene glycol/ benzimidazole) 2.5.1 Tổng hợp 2-alkylbenzimidazole Phản ứng thực o-phenylenediamine carboxylic acid tỉ lệ 1:2 Lượng xúc tác đưa vào 10% trọng lượng chất tham gia phản ứng Cho dịng khí argon vào để đ̉i khơng khí khỏi bình phản ứng Thực phản ứng áp suất 6-8 atm, nhiệt độ 180 oC có khuấy từ 2.5.2 Kết hợp ethylene glycol với alkylbenzimidazole để tạo thành hệ DES Hệ dung môi ethylenglycol/alkylbenzimidazole với tỷ lệ từ 1025 gam/100 ml ethylenglycol thử nghiệm sơ Kết cho thấy khơng có nhiều khác biệt khả tách làm giàu omega Tuy nhiên khả thu hồi alkylbenzimidazole tỷ lệ 15gam/100ml ethylenglycol tốt Sự hao hụt alkylbenzimidazole nằm 10% 15 FTIR νmax (KBr) cm-1: 3082 (N-H), 2953 (C-H), 2774, 2734, 1539 (C=N), 1420, 1272(C-N), 1021, 751 H-NMR (CDCl3, 500 MHz, , ppm) cho mũi cộng hưởng proton δH 12,25 (1H, brs, N-H) mũi cộng hưởng tín hiệu proton hydrocarbon thơm δH 7,60 (2H, dd, J1 = 6,0 Hz, J2 = Hz, H-4, 7); 7,24 (2H, dd, J1 = 6,0 Hz, J2 = 3,2 H-5, 6) Đồng thời phổ H-NMR cho mũi cộng hưởng với diện proton nhóm methylene δH 3,03 (2H, t, J1 = Hz, J2 = 7,5 Hz, H-1’); 1,91 (2H, m, H-2’); 1,36 (2H, dt, J1 = 6,5 Hz, J2 = Hz, H-3’); 1,27 (2H, dt, J1 = 7Hz, J2 = Hz, H-4’) nhóm methyl δH 0,82 (3H, t, J1 = Hz, J2 = 7,5 Hz, H-5’) 13 C-NMR (CDCl3, 125 MHz, , ppm) xuất tín hiệu cho thấy diện 5C dây alkyl béo δC = 31,4 (C-1’), 29,1 (C-2’), 28,0 (C-3’), 22,3 (C-4’), 13,8 (C-5’); carbon vòng hydrocarbon thơm C = 138,1 (C-3a,7a), 122,2 (C-5, 6), 114,5 (C-4, 7) Bên cạnh có tín hiệu C mang nối đôi C = 155,7 (C-2) 3.4.1.2 2-heptylbenzimidazole Phương pháp GC/MS cho kết sau: 216, 201, 187, 173, 160, 159, 146, 145, 133, 132, 131, 118, 92 77, 63, 41 Đối chiếu với phổ liệu NIST 10 pic lớn: 132, 145, 131, 187, 146, 216, 159, 133, 77, 63, 41 FTIR νmax (KBr) cm-1: 3086 (N-H), 2954, 2927 (C-H), 2740, 1541 (C=N), 1449, 1423, 1273 (C-N), 1028, 751 H-NMR (CDCl3, 500 MHz, , ppm) cho mũi cộng hưởng proton δH 12,86 (1H, brs, N-H) mũi cộng hưởng tín hiệu proton hydrocarbon thơm δH 7,63 (2H, dd, J1 = Hz, J2 = Hz, H-4, 7); 7,27 (2H, dd, J1 = Hz, J2 = Hz, H- 5, 6) Đồng thời phổ 1H-NMR cho mũi cộng hưởng với diện nhóm 16 methylene δH 3,08 (2H, t, J1 = 7,5 Hz, J2 = Hz, H-1’); 1,95 (2H, m, H-2’); 1,4 (2H, m, H-3’); 1,23 (6H, m, H-4’,5’,6’) nhóm methyl δH 0,85 (3H, t, J1 = Hz, J2 = Hz, H-7’) 13C-NMR (CDCl3, 125 MHz, , ppm) xuất tín hiệu cho thấy diện 7C dây alkyl béo δC = 31,6 (C-1’), 29,3 (C-2’), 29,2 (C-3’), 28,9( C-4’), 28,5 (C-5’), 22,5 (C-6’), 13,9 (C-7’); carbon vòng hydrocarbon thơm C = 138,4 (C-3a,7a), 122,0 (C-5, 6), 114,5 (C-4, 7) Bên cạnh có tín hiệu C mang nối đôi C = 156 (C-2) 3.4.1.3 2-Octylbenzimidazole Phương pháp GC/MS cho kết quả: 230, 215, 201, 187, 173, 146, 145, 132, 131, 118, 92, 77, 63, 41 Đối chiếu với NIST 10 pic lớn: 230, 215, 201, 187, 159, 146, 145 , 132 ,131, 83, 41 FTIR νmax (KBr) cm-1: 2927, 2856 (C-H), 2677, 1538 (C=N), 1436, 1419, 1273 (C-N), 1002, 840, 752 H-NMR (CDCl3, 500 MHz, , ppm) cho mũi cộng hưởng proton δH 11,87 (1H, brs, N-H); proton  = 7,58 (2H, dd, J1 = Hz, J2 = Hz, H-4, 7);  = 7,23 (2H, dd, J1 = Hz, J2 = Hz, H-5, 6); proton H-1’  = 3,02 (2H, t, J1 = Hz, J2 = 7,5 Hz, H-1’); proton H-8’  = 1,9 (2H, m, H-2’);  = 1,36 (2H, m, H-3’);  = 1,2 (8H, m, H-4’, 5’, 6’, 7’);  = 0,84 (3H, t, J1 = Hz, J2 = Hz, H8’) 13C-NMR (CDCl3, 125 MHz, , ppm): xuất tín hiệu cho thấy diện 8C dây alkyl béo C = 31,7 (C-1’), 29,3 (C-2’), 29,2 (C-3’), 29,1( C-4’), 28,4 (C-5’, 6’), 22,5 (C-7’), 13,9 (C-8’); carbon vòng hydrocarbon thơm C= 138,2 (C-3a), 138,1 (C-7a), 122,0 (C-5, 6), 114,5 (C-4, 7) Bên cạnh có tín hiệu C mang nối đơi C = 156 (C-2) 17 3.4.1.4 2-Nonylbenzimidazole Phương pháp GC/MS cho kết quả: 244, 229, 215, 201, 187, 173, 160, 159, 146, 145, 133, 132 (100%), 131, 118, 92 77, 63, 41 Đối chiếu với NIST 10 pic lớn:132, 145, 244, 187, 146, 131, 201,118, 77,41 FTIR νmax (KBr) cm-1: 3088 (N-H), 2926, 2853 (C-H), 2771, 1542 (C=N), 1454, 1422, 1272 (C-N), 1028, 752 H-NMR (CDCl3, 500 MHz, , ppm) cho mũi cộng hưởng proton δH 12,32 (1H, brs, N-H) mũi cộng hưởng tín hiệu proton hydrocarbon thơm δH 7,6 (2H, dd, J1 = 3,5 Hz, J2 = Hz, H-4, 7); 7,24 (2H, dd, J1 = Hz, J2 = Hz, H-5, 6) Đồng thời proton δH 3,04 (2H, t, J1 = Hz, J2 = 7,5 Hz, H-1’); 1,92 (2H, m, H-2’); 1,37 (2H, m, H-3’); 1,24 (10H, m, H-4’, 5’, 6’, 7’, 8’); 0,87 (3H, t, J1 = Hz, J2 = 7,5 Hz, H-9’) 13C-NMR (CDCl3, 125 MHz, , ppm) xuất tín hiệu cho thấy diện 9C dây alkyl béo δC = 31,8 (C-1’), 29,4 (C-2’, 3’), 29,3 (C-4’), 29,2( C-5’), 28,4 (C-6’,7’), 22,5 (C-8’), 14,1 (C-9’); carbon vòng hydrocarbon thơm C = 138,1 (C-3a, 7a), 122,3 (C-5, 6), 114,5 (C-4, 7) Bên cạnh có tín hiệu C mang nối đôi C = 156 (C-2) 3.4.2 Hệ dung dịch ethylene glycol/alkylbenzimidazole 2-Alkylbenzimidazole chất rắn, có điểm nóng chảy 2-pentylbenzimidazole, 2-heptylbenzimidazole, 2-octylbenzimidazole, 2-nonylbenzimidazole lần lượt: 167 oC, 150 oC, 143 oC 133 oC tương ứng Vì vậy, để sử dụng tách chiết omega, phải sử dụng hệ dung dịch ethylene glycol/benzimidazole với tỷ lệ 10/1,5 (1,5 gam 2-alkylbenzimidazole hòa tan 10 gam EG) 3.5 Kết làm giàu tách Omega-3,6,9 khỏi hỗn hợp acid béo dạng methyl ester nguyên liệu dung môi sâu (DES) 18 3.5.1 Tách làm giàu Omega-3,6,9 hệ methanol/urea 3.5.1.1 Kết làm giàu hệ methanol/urea sau khuấy trộn với methyl ester 3.5.1.2 Kết tách pha thành phần hóa học phần lỏng methanol/urea Kết cho thấy nồng độ urea dung dịch DES mức 0,2 g/ml cho hiệu tạo thành phần lỏng tốt 36% Khi nồng độ urea tăng lên phần lỏng giảm Trong nồng độ urea dung dịch thấp 0,2g/ml, hiệu tạo thành phần lỏng không cao (23% nồng độ urea 0,143 g/ml) Bảng 3.18 Khối lượng sản phẩm lỏng sau chiết Dạng Mẫu ME Mẫu Mẫu Mẫu acid % gam % gam % gam % gam % gam FA 35,58 7,12 12,58 0,58 6,08 0,44 8,13 0,47 9,48 0,47 UFA 3,35 0,67 2,55 0,12 2,67 0,19 3,12 0,18 2,47 0,13 Omega-3 1,66 0,33 3,32 0,15 4,26 0,31 3,91 0,23 3,86 0,19 Omega-6 14,67 2,93 45,88 2,11 31,25 2,25 32,76 1,90 31,69 1,58 Omega-9 40,63 8,13 31,35 1,44 53,20 3,83 49,08 2,85 49,50 2,48 4,11 0,82 4,32 0,20 2,54 0,18 3,0 0,17 3,0 0,15 100 20 100 4,6 100 7,2 100 5,8 100 5,0 KXĐ &TT Tởng Hệ dung mơi có nồng độ urea 0,2g/ml cho hiệu suất tách tốt hàm lượng chất EPA tăng lần, DHA tăng lần Tóm lại: Khi cho urea trực tiếp tạo phức với methyl ester acid béo xảy tượng urea làm thay đổi cấu trúc acid béo Trong sử dụng urea dạng dung môi sâu với nồng độ 19 urea ½ điểm bảo hịa tách Omega-3,6,9 khỏi acid béo với độ tới 88,71%, với hiệu suất 36% cho lần tách Các chất ETA EPA có hàm lượng cao nguyên liệu ban đầu từ 1,5 đến lần Đặc biệt mẫu hàm lượng DHA tăng lần Tổng Omega-3 chiếm 5% hỗn hợp Omega3,6,9 tách Khi sử dụng dung môi sâu dạng methanol urea với nồng độ cao thấp 0,2 g/ml hiệu tách hợp chất giảm hàm lượng omega giảm 3.5.2 Tách làm giàu Omega-3,6,9 hệ choline chloride 3.5.2.1 Kết làm giàu hệ choline chloride/urea đồng đẳng 3.5.2.2 Kết tách pha thành phần hóa học phần lỏng hệ choline chloride/urea đồng đẳng Hiệu tách hệ choline chloride/urea choline chloride /methyl urea đạt 17 18% tương ứng Hai hệ dung mơi cịn lại nằm khoảng 14% Bảng 3.25 Khối lượng sản phẩm lỏng sau tách hệ choline chloride Dạng acid ME gam Ch/U Ch/ MU Ch/Thi Ch/MThi % gam % gam % gam % gam % FA 7,12 35,58 0,11 3,29 1,49 41,32 1,07 37,57 0,80 29,00 UFA 0,67 3,35 0,08 2,36 0,11 3,19 0,05 1,82 0,09 3,58 Omega-3 0,37 1,66 0,15 4,34 0,19 5,37 0,22 7,47 0,57 20,54 Omega-6 2,89 14,67 1,10 33,40 0,55 15,26 0,49 17,40 1,01 36,67 Omega-9 8,13 40,63 1,76 53,29 1,12 30,99 0,90 31,79 0,26 9,23 KXĐ TT 0,82 4,11 0,10 3,32 0,14 3,87 0,11 3,95 0,03 0,98 20 100 3,30 100 3,60 100 2,84 100 2,76 100 11,39 56,96 3,01 91,03 1,86 51,62 1,61 56,66 1,84 66,44 Tổng ME Tổng Omega-3,6,9 20 Mặc dù tổng Omega-3,6,9 hệ dung môi choline chloride urea sau phối trộn giảm xuống ½ so với nguyên liệu ban đầu, 50% lượng Omega-3,6,9 có hỗn hợp tách với hàm lượng lên đến 91% Các dung môi khác, có hàm lượng Omega-3,6,9 cao gấp lần so với hệ choline chloride urea, tách khoảng 15% hàm lượng Omega-3,6,9 phần tách đạt 51-66% Tóm lại Hệ choline chloride/urea (và đồng đẳng) không làm thay đổi nhiều cấu trúc hợp chất methyl ester, khả tách Omega-3,6,9 cao, đặc biệt hệ choline chloride/urea với hiệu tách pha 16,5% hàm lượng Omega-3,6,9 lên đến 91% Hiệu suất tách acid béo bão hòa acid béo chưa bão hòa 96% Hàm lượng ALA, EPA, DHA tổng lên đến 20% sản phẩm lỏng tách 3.5.3 Tách làm giàu Omega-3,6,9 hệ ethylene glycol/benzimidazole 3.5.3.1 Kết làm giàu hệ ethylene glycol/benzimidazole 3.5.3.2 Kết tách pha thành phần hóa học phần lỏng hệ ethylene glycol/benzimidazole - Hiệu suất tách làm giàu omega alkylbenzimidazole nằm mức 15% nguyên liệu lần thực - Acid béo bão hòa phần lỏng giảm đáng kể, đặc biệt sử dụng 2-pentylbenzimidazole, 2-heptylbenzimidazole 2octylbenzimidazole hàm lượng cao (từ 13-24% tùy thuộc mạch alkyl) Các acid béo bão hòa acid béo chưa bão hòa cao gần 10%, riêng hệ EG/Benz-C9 20% 21 - Hàm lượng Omega-3,6,9 dung dịch tách không cao, đạt 87% EG/ Benz-C5, Benz-C7, Benz-C8 76% với EG/ Benz-C9 Bảng 3.32 Khối lượng sản phẩm lỏng sau chiết tách hệ EG/Benz Dạng acid ME Benz-C5 Benz-C7 Benz-C8 Benz-C9 gam % gam % gam % gam % gam % FA 7,12 35,58 0,23 7,56 0,18 5,74 0,19 6,18 0,51 16,86 UFA 0,67 3,35 0,11 3,65 0,11 3,41 0,11 3,59 0,15 4,86 Omega-3 0,37 1,66 0,82 27,66 0,73 23,64 0,99 31,93 1,43 47,16 Omega-6 2,89 14,67 0,08 2,82 0,04 1,26 0,04 1,33 0,54 17,63 Omega-9 8,13 40,63 1,69 56,59 1,93 62,31 1,66 53,68 0,34 11,10 KXĐ TT 0,82 4,11 0,05 1,72 0,11 3,64 0,11 3,29 0,07 2,39 20 100 2,98 100 3,10 100 3,10 100 3,04 100 11,39 56,96 2,59 87,07 2,7 87,21 2,69 86,94 2,31 75,89 Tởng ME Omega-3,6,9 Tóm lại: Hệ dung mơi sâu có hiệu suất tách acid béo bão hòa acid béo chưa bão hòa cao tương đương hệ đây, hiệu suất tách acid béo omega thấp Đối với Omega-3, cao hệ EG/Benz-C8 đạt hiệu suất 20%, cịn hệ khác khoảng 15-17% Tuy nhiên, hệ làm cho lượng Omega-3 mà chủ yếu α-Linolenic acid (ALA) tăng đáng kể lên đến 41% (8 gam 20 gam ME) sau phối trộn khuấy Điều đáng tiếc khả tách Omega-3 khỏi dung dịch khơng cao Cần thiết phải có nghiên cứu tiếp để phối hợp hệ, vừa có khả tạo nhiều Omega-3, vừa tách chúng với hiệu suất cao 3.6 So sánh đánh giá hiệu làm giàu Omega-3,6,9 hệ dung môi sâu 3.6.1 Khả làm giàu Omega-3,6,9 chưa tách 22 Để làm giàu Omega-3,6,9 thực giai đoạn chính: Giai đoạn đầu phối trộn khuấy thành phần nhiệt độ thấp hỗn hợp đồng Giai đoạn để nguội nhiệt độ phịng sau làm lạnh đến oC giờ, sau giai đoạn hỗn hợp tách làm lớp Hình 3.40 Một số khả hình thành α-Linolenic acid Hệ methanol/urea (mẫu 2): Sau khuấy trộn, hàm lượng acid béo bão hòa acid béo chưa bão hòa giảm cách đáng ngạc nhiên 6,77 gam Trong Omega-3,6,9 tăng tổng cộng 6,89 gam Hệ choline chloride/urea (các đồng đẳng khác) khơng ảnh hưởng nhiều đến thành phần hóa học methyl ester nguyên liệu Một số thay đổi tăng giảm khối lượng chất không nhiều 23 Hệ ethylene glycol/benzimidazole làm giàu Omega-3 đáng kể Sự chuyển đổi sang Omega-3 chủ yếu từ Omega-6 Omega-9 Acid béo bão hòa acid béo chưa bão hòa hệ EG/Benz-C5, EG/Benz-C7, EG/Benz-C8 chuyển đổi từ 26% đến 28% 30% tương ứng, EG/Benz-C9 khơng chuyển đởi acid béo bão hịa acid béo chưa bão hòa 3.6.2 Khả tách pha (lỏng rắn) Ngoại trừ hệ methanol/urea (mẫu 2) có hiệu tách pha tốt Các hệ khác nằm khoảng 15-18% cho lần tách Mặc dù hệ choline chloride/urea nằm khoảng 16,5%, tổng Omega-3,6,9 hệ cao 91% Hình 3.41 Tỷ lệ tách thành pha lỏng hệ DES 1-Methanol/Urea(M2);2-Ch/U; 3-Ch/MU; 4-Ch/Thi; 5-Ch/MThi; 6-EG/BC5; 7-EG/BC7; 8-EG/BC8; 9-EG/BC9 3.6.3 Khả tách hợp chất phần lỏng Ngoại trừ hệ methanol/urea, hệ DES khác tách acid béo bão hịa từ 80-96%, riêng hệ Ch/U đạt 99% Hiệu suất tách hợp chất Omega-3,6,9 hệ DES vào khối lượng sinh khuấy trộn với khối lượng tách từ phần lỏng 24 Bảng 3.38 Hiệu suất tách Omega-3,6,9 phần lỏng Omega-3 Omega-6 Omega-9 Hình thành (g) Tách (g) HS (%) Hình thành (g) Tách (g) HS (%) Hình thành (g) Tách (g) HS (%) M-1 0,64 0,15 23,44 9,2 2,11 22,94 6,28 1,44 22,93 M-2 0,86 0,31 36,05 6,68 2,25 33,68 10,74 3,83 35,66 M-3 0,78 0,23 29,48 6,95 1,90 27,34 10,54 2,85 27,04 M-4 0,88 0,19 21,59 7,63 1,58 20,70 10,14 2,48 24,46 Ch/U 0,23 0,15 65,21 1,87 1,10 58,82 4,01 1,76 43,89 Ch/MU 0,64 0,19 29,69 3,01 0,55 18,27 8,12 1,12 13,79 Ch/Thi 0,63 0,22 34,92 2,89 0,49 16,96 8,23 0,90 10,94 Ch/MThi 0,91 0,57 62,64 3,51 1,01 28,77 6,94 0,26 3,75 EG/BC-5 4,76 0,82 17,22 1,52 0,08 5,26 7,00 1,69 24,14 EG/BC-7 5,05 0,73 14,45 1,49 0,04 2,68 7,23 1,93 26,69 EG/BC-8 5,07 0,99 19,52 1,40 0,04 2,86 6,72 1,66 24,70 EG/BC-9 8,22 1,43 17,40 1,80 0,54 30,00 1,68 0,34 20,24 Hệ DES Các hệ khác có chứa urea tách pha, urea gặp lạnh kết tinh kéo theo đóng rắn acid béo tạo phức liên kết với urea Trong vấn đề này, tượng mầm tinh thể đóng vai trị quan trọng Trong hỗn hợp, đặc biệt hỗn hợp có chứa “solvat”, phận tạo mầm tinh thể kéo phần khác theo lớp bao bọc bên ngoài, từ rắn đến rắn Theo thời gian điều kiện nhiệt độ thấp, phận kết lại tách khỏi thành phần “solvat” Cơ chế giúp cho hệ có chứa choline chloride urea kéo acid béo bão hòa, acid béo chưa bão hòa phần acid béo khác vào phần rắn 25 3.6.4 So sánh chất lượng Omega-3 tách sản phẩm lỏng Omega-3 sản phẩm tách từ hệ DES chủ yếu ETA, ALA, EPA, DHA Với hàm lượng thường xuyên mức ≤ 2% Riêng trường hợp sử dụng hệ ethylene glycol/benzimidazole hàm lượng ALA tăng cao từ 20-44% Hình 3.46 Cơ cấu Omega-3 phần lỏng hệ DES 3.6.5 Kết luận chung hệ DES Hệ methanol/urea hệ đơn giản, rẻ tiền hàm lượng Omega-3,6,9 sau tách đạt 80 đến 88% Các hệ ethylene glycol/benzimidazole cho hàm lượng Omega-3 cao (23-47%), nhiên tổng Omega-3,6,9 đạt cao 87% giá thành khâu chuẩn bị phức tạp tốn Trong dung môi sâu hệ choline chloride/urea đồng đẳng urea, hệ choline chloride/urea tách tốt với hàm lượng Omega-3,6,9 đến 91% 26 KẾT LUẬN Nghiên cứu nguyên liệu - Đã sử dụng dung môi truyền thống để chiết acid béo từ phận cá basa, cá tra Phần thịt dùng cho xuất nằm mức 35-37% Phụ phẩm chiếm lớn 59-61% Sau xử lý, phần mỡ thu hồi từ phụ phẩm cá tra 12,22%, cá basa 8,37% Lượng acid béo mỡ thu hồi cá tra 94,29% cá basa 87,49% - Đã định danh hợp chất omega mỡ nguyên sinh, thịt mỡ từ phụ phẩm basa, cá tra Hàm lượng Omega-3,6,9 phần phụ phẩm cá basa, cá tra 5,13% 6,12% Nguyên liệu sử dụng cho việc tách làm giàu Omega-3,6,9 phụ phẩm qui trình chế biến cá basa xuất dạng methylester gồm: acid béo bão hòa: 35,58%; acid béo chưa bão hòa: 3,35%; Omega-3: 1,66%; Omega-6: 14,67% ; Omega-9: 40,63% Tổng hợp thành công hệ dung môi sâu (DES) - Đã tổng hợp thành công hệ dung môi methanol/urea với nồng độ (g/ml) 0,143; 0,2; 0,23; 0,26 - Đã tổng hợp thành công hệ dung môi sở choline chloride gồm choline chloride/urea đồng đẳng (metylurea; thiourea methylthiourea) - Đã tổng hợp thành công chất dạng 2-alkylbenzimidazole (2-pentylben-zimidazole; 2-heptylbenzimidazole; 2-octylbenzimidazole 2-nonylbenzimida-zole) Từ hợp chất 2-alkylbenzimidazole, tạo hệ dung môi sâu dạng ethylene glycol/benzimidazole bao gồm EG/Benz-C5, EG/ Benz-C7, EG/ Benz-C8 EG/ Benz-C9 27 Sử dụng hệ dung môi sâu tổng hợp để tách làm giàu omega-3,6,9 từ mỡ phế phải cá basa - Đã sử dụng hệ dung môi sâu tổng hợp để làm giàu tách Omega-3,6,9 khỏi methylester nguyên liệu Hiệu suất tách đạt từ 15-36% cho lần tách với hàm lượng Omega-3,6,9 đạt từ 52-91% tùy thuộc hệ DES So sánh khả làm giàu tách omega hệ DES - Hệ methanol/urea (mẫu 2) có hiệu tách pha tốt 36% Các hệ khác nằm khoảng 15-18% cho lần tách Tuy nhiên, hệ choline chloride/urea nằm khoảng 16,5%, hàm lượng Omega-3,6,9 hệ cao từ 57% nguyên liệu lên 91% điểm Các hệ DES khác tách acid béo bão hòa từ 80-96%, riêng hệ choline chloride/urea đạt 99% - Hàm lượng Omega-3,6,9 tách hệ methanol/urea 80-88% Của hệ choline chloride/urea 91%, đồng đẳng (metylurea; thiourea methylthiourea) 51-66% Của hệ ethylene glycol/benzimidazole 76 đến 87% Đặc biệt EG/Benz-C9 hệ dung môi sâu làm cho hàm lượng α-Linolenic acid (ALA)18:3 (n-3) (một dạng Omega-3 quan trọng) tăng lên cao đến 44% 28 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN a/ Về mặt khoa học - Đã nghiên cứu tổng hợp thành công hệ dung môi sâu lần ứng dụng vào việc làm giàu tách Omega-3,6,9 từ nguồn phụ phẩm trình chế biến xuất cá basa Đồng Tháp - Một điểm việc sử dụng hệ dung môi sâu ethylene glycol /benzimi-dazole cho thấy hệ làm cho hàm lượng αLinolenic acid (ALA)18:3 (n-3) (một dạng Omega-3 quan trọng) tăng lên 44% - Việc dùng hệ dung môi sâu dạng DES để tách làm giàu Omega-3,6,9 từ mỡ phế thải trình chế biến xuất cá basa cho hàm lượng Omega-3,6,9 đạt 90% hàm lượng Omega-3,6 sản phẩm tách từ 22 - 47% b/ Về mặt kinh tế Kết nghiên cứu cho thấy 100 cá basa, ta xuất khoảng 37 thịt phile, 63 lại phụ phẩm dùng làm thức ăn gia súc Nếu chế biến 63 phụ phẩm theo qui trình cơng nghệ chúng tơi, ta thu 5,1 mỡ, có khoảng 2,7 acid béo dạng Omega-3,6,9 có độ 91%; 2,4 methyl ester dạng acid béo khác dùng làm biodiesel 57,9 bả thải cuối làm thức ăn gia súc Ngoài ra, giải pháp tốt cho việc xử lý môi trường nhà máy chế biến thủy sản tương lai 29 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Thanh Xuan Le Thi, Hoai Lam Tran, Thanh Son Cu, and Son Lam Ho, Separation and Enrichment of Omega 3, 6, and Fatty Acids from the By-Products of Vietnamese Basa Fish Processing using Deep Eutectic Solvent, Journal of Chemistry Hindawi, 2018, doi.org/10.1155/2018/6276832, IF=1.75 Bằng độc quyền giải pháp hữu ích Số 2419, Quy trình tách làm giàu axit béo dạng Omega-3,6,9 từ mỡ nguồn phế thải chế biến cá basa xuất chất lỏng ion dạng DES (Deep Eutectic Solvent) Cục sở hữu trí tuệ Việt Nam, Quyết định số 11375w/QĐ-SHTT ngày 12/08/2020 Lê Thị Thanh Xuan, Nguyen Minh Thao, Cu Thanh Son, Ho Son Lam, Survey composition and content of Omega-3,6,9,extracted from catfish at mekong delta vietnam by extraction method with the traditional solvents, Journal of Chemistry Viet Nam, 2017, 5e34, 55, 551-556 Lê Thị Thanh Xuân, Lê Thị Hoa Xuân, Cù Thành Sơn, Hồ Sơn Lâm, Xác định thành phần hàm lượng Omega-3,6,9 cá basatra Đồng Sông Cửu Long, Tạp chí hóa học ứng dụng, 2018, 4, 59-63 Lê Thị Thanh Xuân, Nghiên cứu tổng hợp số chất lỏng ion dạng 2-alkylbenzimidazole, Tạp chí phân tích Hóa-Lý Sinh học, 24, 113-117, 2019 ... việc tách làm giàu Omega- 3,6,9 hệ dung môi xanh rẻ tiền, chúng tơi đề xuất thực cơng trình ? ?Tổng hợp số dung môi sâu sở 2- alkylbenzimidazole, choline chloride ứng dụng tách chiết Omega- 3,6,9 mỡ cá. .. 1.3 Sơ lược cá basa, cá tra Việt Nam hàm lượng Omega3 ,6,9 cá 1.3.1 Giới thiệu cá basa, cá tra 1.3 .2 Trữ lượng cá basa, cá tra hàm lượng omega cá 1.4 Giá trị ứng dụng Omega- 3,6,9 sống 1.4.1 Những... 23 ,44 9 ,2 2,11 22 ,94 6 ,28 1,44 22 ,93 M -2 0,86 0,31 36,05 6,68 2, 25 33,68 10,74 3,83 35,66 M-3 0,78 0 ,23 29 ,48 6,95 1,90 27 ,34 10,54 2, 85 27 ,04 M-4 0,88 0,19 21 ,59 7,63 1,58 20 ,70 10,14 2, 48 24 ,46