Điều chế sucrose ester từ dầu thực vật

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ HỒNG NƠ ĐIỀU CHẾ SUCROSE ESTER TỪ DẦU THỰC VẬT Chuyên ngành : Mã ngành: Cơng Nghệ Hóa Học 605275 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ HỒNG NƠ Giới tính : Nam / Nữ Ngày, tháng, năm sinh : Nơi sinh : Tỉnh Quảng Ngãi 03 / 03 / 1982 Chun ngành : Cơng nghệ Hóa Học Khoá (Năm trúng tuyển) : 2005 1- TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU CHẾ SUCROSE ESTER TỪ DẦU THỰC VẬT 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Khảo sát tìm điều kiện thực phản ứng ester từ dầu thực vật (dầu dừa) Khảo sát tính chất sản phẩm sucrose ester tạo thành 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : T.S PHAN THANH THẢO Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) T.S Phan Thanh Thảo CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) Bảng tóm tắt Sucrose ester acid béo loại hợp chất hoạt động bề mặt với tính nhiều ứng dụng đặc việt Tuy nhiên, Việt Nam nay, lượng Sucrose ester sử dụng hoàn toàn nhập từ nước với chi phí cao Vì đề tài góp phần vào việc giải vấn đề Đầu tiên, triglyceride dầu dừa phản ứng với methanol với diện CaO để tạo methyl ester Thứ hai, Methyl ester phản ứng với sucrose có mặt 2% K2CO3 hai phương pháp: không sử dụng dung môi sử dụng DMSO Trong quy trình khơng sử dụng dung mơi, ta sử dụng Na-stearate 3%, tỷ lệ mol methyl ester/sucrose 1/1, nhiệt độ phản ứng 1300C, áp suất phản ứng 60 mmHg thời gian Quy trình sử dụng dung môi DMSO tương tự sử dụng DMSO 50% thay sử dụng Na-stearate, nhiệt độ phản ứng 900C Kết quả, sản phẩm từ quy trình khơng sử dụng dung mơi có số HLB = 4.7, khả giảm cấp sinh học 91.9% sau ngày, so với sản phẩm từ quy trình sử dụng DMSO HLB = độ giảm cấp sinh học 94.5% sau ngày Đặc biệt, Sucrose ester từ dầu dừa có tính kháng khuẩn Abstract Sucrose fatty acid ester is a kind of non-ionic surface active agent with excellent performance and many uses However in Viet Nam, sucrose ester is imported from foreign country with high prices So, this thesis is the first step, help to solve this problem First, triglyceride in coconut oil and methanol is reacted in the present of CaO catalysis to synthesis methyl ester acid béo Second, methyl ester is reacted in the present of 2% K2CO3 with sucrose by two methods: without solvent using Na-stearate 3%, methyl ester/ sucrose 1/1 at temperature 1300C, 60 mmHg in hours and using solvent DMSO with the same condition of reaction but the temperature is 900C The result, the product from process without solvent has HLB = 4.7 and biodegradability is 91.9% after seven days compare to the product from process using DMSO has HLB = 6.0 and biodegradability is 94.5% after one week Special, sucrose ester from coconut oil can antimicrobial properties Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn T.S Phan Thanh Thảo hướng dẫn tận tình giúp đỡ em suốt thời gian làm đề tài Em xin chân thành cảm ơn anh anh chị em phịng Hóa Hữu Hóa Sinh – Viện Cơng Nghệ Hóa Học, thầy giáo cũ, người bạn thân thương nhiệt tình giúp đỡ chia sẻ kinh nghiệm giúp em hoàn thành luận án Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu anh chị em phịng Phân tích Viện Cơng Nghệ Vật Liệu - Tp HCM phịng phân tích Viện Hóa Học – Hà Nội giúp em thời gian thực đề tài Cuối cùng, xin cảm ơn ba mẹ, xin cảm ơn anh chị em gia đình động viên, an ủi tạo thành nguồn sức mạnh tinh thần giúp em vững bước Lời mở đầu Việc tăng giá dầu thô dẫn xuất làm giảm đến mức tối thiểu biên lợi nhuận chất hoạt động bề mặt Hơn nữa, chúng khả phân huỷ sinh học tác động tiêu cực đến môi trường nên việc sử dụng chúng ứng dụng ngày khó khăn Trong tiến trình phát triển bền vững cho kỷ 21, vấn đề nhà nghiên cứu hóa học giới quan tâm nghiên cứu, điều chế hóa chất ứng dụng vào sống phải đảm bảo quy tắt hóa học xanh: đảm bảo độ an tồn sức khỏe cho người tiêu dùng, hạn chế đến mức tối đa lượng hoá chất độc hại, sản phẩm thân thiện với môi trường,… Một phát minh thú vị tiếp tục phát triển sử dụng sản phẩm dựa hoá chất từ dầu mỡ động thực vật, đặc biệt hợp chất hoạt động bề mặt Sự thay đổi giảm đến mức tối thiểu dư thừa, công suất, ổn định giá áp lực điều tiết người tham gia thị trường chất hoạt động bề mặt Cụ thể là: sản phẩm từ đường, dẫn xuất đường với hoá chất từ dầu mỡ nguồn gốc tự nhiên Sản phẩm nước giới quan tâm sucrose ester Mặc dù, sucrose ester biết đến nhiều năm qua, có nhiều ứng dụng quan trọng thương mại: thực phẩm, mỹ phẩm, dược liệu,… Tuy nhiên, sản lượng sucrose ester sử dụng nước ta hoàn toàn nhập từ nước với giá cao Mục tiêu tìm quy trình sản xuất sucrose ester Việt Nam thay cho nguồn nguyên liệu ngoại nhập Vì đề tài “Điều chế sucrose ester từ dầu thực vật” nhằm tìm hiểu số điều kiện thực phản ứng tạo sucrose ester, để bước hoàn thiện quy trình sản xuất, ứng dụng vào thực tiễn MỤC LỤC Lời cảm ơn i Lời mở đầu ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt v Danh mục hình vi Danh mục bảng viii Chương Tổng quan 1.1Giới thiệu chất hoạt động bề mặt .1 1.1.1 Chất hoạt động bề mặt .1 1.1.2 Lĩnh vực sử dụng chất hoạt động bề mặt 1.2 Tình hình sử dụng chất hoạt động bề mặt giới Việt Nam Chương Giới thiệu dầu thực vật 2.1 Thành phần số loại dầu thực vật 2.2 Tính chất hố học dầu thực vật .10 2.2.1 Phản ứng thuỷ phân xà phịng hóa 10 2.2.2 Phản ứng với alcohol .10 2.2.3 Phản ứng khử xúc tác để tạo alcohol từ chất béo 11 2.2.4 Phản ứng cộng hợp 11 2.3 Vai trò ứng dụng dầu thực vật 13 2.4 Ưu – Nhược điểm dầu thực vật .13 2.4.1 Ưu điểm 13 2.4.2 Nhược điểm 13 2.5 Giới thiệu dầu dừa 14 Chương Tổng quan sucrose 15 3.1 Nhu cầu sử dụng 15 3.2 Tính chất Sucrose 16 3.2.1 Phản ứng thủy phân .16 3.2.2 Phản ứng với Cu(OH)2 16 Chương Sucrose ester 18 4.1 Lịch sử phát triển 18 4.2 Nhu cầu sử dụng 20 4.3 Tính chất .20 4.4 Phản ứng điều chế sucrose ester 25 4.4.1 Phản ứng sucrose với chloride acid béo .25 4.4.2 Phản ứng sucrose với acid béo anhydride 25 4.4.3 Phản ứng chuyển hóa ester sucrose với ester acid béo 26 4.5 Ứng dụng sucrose ester 27 4.5.1 Trong lĩnh vực chất tẩy rửa 28 4.5.2 Trong lĩnh vực thực phẩm 28 4.5.3 Trong lĩnh vực mỹ phẩm .29 Chương Thực nghiệm 29 5.1 Mục tiêu nghiên cứu 29 5.2 Hóa chất dụng cụ 29 5.3 Các phương pháp phân tích 29 5.3.1 GC/MS 29 5.3.2 IR 30 5.3.3 TLC .31 5.3.4 LC/ MS 31 5.3.5 Sức căng bề mặt 31 5.3.6 DOC – Hàm lượng carbon hữu hòa tan 32 5.3.7 Xác định kháng khuẩn 32 5.4 Phương pháp nghiên cứu 34 5.4.1 Điều chế Methyl ester 34 5.4.2 Điều chế Sucrose ester 36 5.4.2.1 Quy trình sử dụng DMSO 36 5.4.2.2 Quy trình khơng sử dụng dung mơi .38 5.4.3 Xác định tính chất 41 5.4.3.1 Đo phổ IR .41 5.4.3.2 Phân tích LC/MS 41 5.4.3.3 Đo sức căng bề mặt 41 5.4.3.4 Đo độ ổn định nhũ W/O ( nước dầu ) O/W ( dầu nước ) 41 5.4.3.5 Đo độ giảm cấp sinh học 42 5.4.3.6 Đo khả kháng khuẩn 45 Chương6 Kết quả- Bàn luận .46 6.1 Methyl ester 46 6.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm 48 6.2.1 Nhiệt độ phản ứng 48 6.2.2 Thời gian phản ứng 49 6.2.3 Nồng độ xúc tác 50 6.2.4 Nồng độ tác chất Na- stearate 52 6.2.5 Tỷ lệ mol methyl ester/sucrose 53 6.3 Khảo sát tính chất sản phẩm 56 6.3.1 TLC .56 6.3.2 IR 57 6.3.3 LC/MS 59 6.3.3 Sức căng bề mặt 61 6.3.5 Độ ổn định nhũ: nước dầu dầu nước .62 6.3.6 Khả kháng khuẩn 66 6.3.7 Độ giảm cấp sinh học 67 Chương Kết luận kiến nghị .71 7.1 Kết luận .71 7.2 Kiến nghị .71 Tài liệu tham khảo 72 Phụ lục GC/MS x Phụ lục IR .xxv Phụ lục LC/MS xxviii Phụ lục Kết kháng khuẩn xxxix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT HĐBM: Hoạt động bề mặt SCBM : Sức căng bề mặt GC/MS: Gas chromatography/ mass spectrometry : Sắc ký khí khối phổ TLC : Thin layer chromatoghraphy Sắc ký mỏng LC/MS: Liquid chromatography/mass spectrometry: Sắc ký lòng khối phổ IR Infrared Spectrometry Phổ hồng ngoại : : : MeOH: Methanol DMSO: Dimethylsulfoxide DMF : Dimethylformamide W/O : Water in Oil : Nhũ nước dầu O/W : Oil in Water : Nhũ dầu nước CMC : Critical micelle concentration : Nồng độ micelle tới hạn HLB : Hydrophilic – Lipophilic Balance : Cân ưa nước ưa béo DOC : Dissolve organic carbon Carbon hữu hòa tan MIC : Minium Inhibitory Concentration : VKHK: Vi khuẩn hiếu khí : Nồng độ ức chế tối thiểu DANH MỤC HÌNH Hình 4.1: Đồ thị xác định nồng độ micelle tới hạn 21 Hình 4.2: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc số HLB vào độ ester hóa 23 Hình 5.1: Sơ đồ máy sắc ký khí khối phổ 30 Hình 5.2: Thiết bị đo sức căng bề mặt 32 Hình 5.3: Quy trình điều chế Methyl ester 35 Hình 5.4: Quy trình điều chế sucrose ester sử dụng dung mơi DMSO 37 Hình 5.5: Quy trình điều chế sucrose khơng sử dụng dung mơi 39 Hình 6.1: Kết GC/MS mẫu methyl ester trước chưng cất phân đoạn 46 Hình 6.2: Kết GC/MS mẫu methyl ester phân đoạn sau chưng cất 47 Hình 6.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ đến lượng sản phẩm tạo thành 49 Hình 6.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đến lượng sản phẩm tạo thành 50 Hình 6.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng xúc tác đến lượng sản phẩm tạo thành51 Hình 6.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng chất phân tán đến lượng sản phẩm tạo thành 52 Hình 6.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỷ lệ mol methyl ester / sucrose đến lượng sản phẩm tạo thành 54 Hình 6.8: Sắc ký bảng mỏng TLC theo dõi phản ứng 56 Hình 6.9: Phổ IR sucrose ester khơng sử dụng dung mơi 57 Hình 6.10: Phổ IR sucrose ester có sử dụng dung mơi DMSO 58 Hình 6.11: Phổ IR mẫu methyl ester 58 Hình 6.12: Phổ LC/MS sucrose ester khơng sử dụng dung mơi 60 Hình 6.13: Phổ LC/MS sucrose ester có sử dụng dung môi DMSO 60 3500 3000 2500 2000 Wavenumber cm-1 1500 1000 545.13 720.91 1058.56 1173.82 1642.24 1575.82 1538.64 1462.84 1742.74 2105.22 2923.58 2853.17 3421.60 75 Transmittance [%] 80 85 90 95 100 Phụ lục 2: Kết IR - Mẫu sản phẩm sucrose ester điều chế theo phương pháp không sử dụng dung môi 500 Phụ lục 3: Kết LC/MS Ph l c 3: K t qu LC/MS - M us n ph m sucrose ester u ch theo ph ng pháp không s d ng dung môi Phụ lục 3: Kết LC/MS - Mẫu sản phẩm sucrose ester điều chế theo phương pháp sử dụng dung môi DMSO Phụ lục 4: Kết kiểm tra khả kháng khuẩn 46 ... TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU CHẾ SUCROSE ESTER TỪ DẦU THỰC VẬT 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Khảo sát tìm điều kiện thực phản ứng ester từ dầu thực vật (dầu dừa) Khảo sát tính chất sản phẩm sucrose ester tạo thành... ngoại nhập Vì đề tài ? ?Điều chế sucrose ester từ dầu thực vật? ?? nhằm tìm hiểu số điều kiện thực phản ứng tạo sucrose ester, để bước hoàn thiện quy trình sản xuất, ứng dụng vào thực tiễn MỤC LỤC Lời... nghiệp,… Chương GIỚI THIỆU VỀ DẦU THỰC VẬT Dầu thực vật sản phẩm chiết ép từ hạt chứa dầu như: dừa, cọ, cải,… Dầu thực vật hỗn hợp chất hữu có sẵn tự nhiên Mỗi loại dầu có thành phần hóa học cấu