Căn cứ vào nhu cầu thực tế về Omega-3,6,9 tại Việt Nam, cũng như việc phải nâng cao hiệu quả kinh tế của cá da trơn Việt Nam, đáp ứng yêu cầu tính khoa học cao của việc tách và làm gi[r]
(1)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 SÔNG CỬU LONG
Chuyên ngành: Hóa hữu Mã số: 44 01 14
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỮU CƠ
(2)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:
(3)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 mơi 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…
(4)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, 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 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
(5)ra 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-heptyl-benzimidazole, 2-octyl2-heptyl-benzimidazole, 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
(6)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) Khixem 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
(7)tạo phức muối hữu Liên kết hydro liên kết yếu hình thành lực hút tĩnh điện hydro (đã liên kết phân tử) với nguyên 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 Omega-3,6,9 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
(8)và 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, nguyên 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
STT Thành phần Trọng lượng (gam)
Tỷ lệ (%)
Trọng lượng (gam)
Tỷ lệ (%)
1 Mỡ nguyên chất 50 2,3 106 6,06
2 Thịt (phile) 816 37,1 615 35,14
3 Phụ phẩm 1334 60,6 1029 58,8
Tổng 2200 100 1750 100
2.2.2 Phương pháp chiết acid béo từ phụ phẩm
(9)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 Q 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
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
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
(10)được 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
(11)2.6 Phương pháp phân tích thành phần hóa học ngun liệu và sản phẩm
2.6.1 Phân tích hợp chất omega phương pháp GC-FID 2.6.2 Các phương pháp phân tích cấu trúc DES: FTIR, GC/MS, NMR, TGA, DSC
2.6.3 Các phương pháp xác định tính chất lý DES 2.6.4 Phương pháp tính toán hiệu suất
2.7 Phương pháp chiết tách Omega-3,6,9 khỏi acid béo
2.7.1 Thiết bị kỹ thuật thực tách Omega-3,6,9 khỏi acid Methyl ester acid béo, methanol, DES cho vào bình phản ứng khuấy liên tục đun nóng nhiệt độ 45 oC Khi hỗn hợp trở
nên đồng nhất, làm mát sau làm lạnh oC Hỗn hợp thu tạo thành
hai lớp: lớp chất lỏng, lớp phần rắn Rửa phần rắn methanol lạnh Kết hợp dung dịch rửa vào lớp chất lỏng ban đầu, làm bay methanol thiết bị bay chân không làm khan 2.7.2 Tỷ lệ chất tham gia phản ứng tách omega
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Kết chiết acid béo phận cá basa, cá tra
3.1.1 Kết chiết xuất mỡ nguyên sinh 3.1.2 Kết chiết xuất thịt cá (phile)
3.1.3 Kết chiết xuất mỡ cá thu từ phụ phẩm
(12)8,37% từ tổng phụ phẩm) Tương tự với cá tra từ 1334 gam phụ phẩm, thu 163 gam mỡ nổi, chiếm 12,22%
Bảng 3.3 Kết chiết xuất mỡ thu từ phụ phẩm
STT Sản phẩm mỡ thu
từ phụ phẩm Cá tra (gam) Cá basa (gam)
1 Cao acid béo 153,69 75,34
2 Bả thải cuối 9,24 8,023
3 Thất 0,07 2,74
Tởng 163,00 86,11
Phần thịt (phile) dùng cho xuất nằm mức 35-37% Acid béo thịt hai loại cá gần 19,8% Phụ phẩm-phần xuất 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%
3.2 Kết phân tích định danh hợp chất chiết từ cá basa, cá tra
3.2.1 Kết phân tích định danh dịch chiết mỡ nguyên sinh 3.2.2 Kết phân tích định danh dịch chiết thịt (phile)
3.2.3 Kết phân tích định danh dịch chiết mỡ phụ phẩm Bảng 3.6 Sản phẩm dịch chiết mỡ từ phụ phẩm
STT Mỡ từ phụ phẩm Cá tra (gam) Cá basa (gam)
1 Omega-3,6,9 77,98 38,56
2 Acid béo khác 59.28 34,19
3 Tổng triglycerides 5,06 1,78
4 Không xác định 11,38 0,81
(13)Hàm lượng acid béo dạng Omega-3,6,9 mỡ từ phụ phẩm cá tra 47,84 %, cá basa 44,78 % Tỷ lệ phận khác hai loại cá nằm giới hạn cao từ 27-34% Tỷ lệ Omega-3 Omega-6 tổng omega mỡ nguyên sinh cá basa đạt 92,26% chứng minh giá trị dinh dưỡng 3.2.4 Kết luận nguyên liệu
Hàm lượng hợp chất Omega-3,6,9 phận cá tra cá basa cao, đặc biệt Omega-3 Omega-6 Hơn phần phụ phẩm hai loại cá có chứa nhiều hợp chất acid béo dạng omega
3.2.5 Methyl ester nguyên liệu (mỡ phụ phẩm cá basa) Cao acid béo tiến hành phản ứng ester hóa để chuyển thành methyl ester (methanol/acid béo = 3/1, nhiệt độ 65 oC, thời gian
3 điều kiện khuấy mạnh)
Bảng 3.10 Hàm lượng hợp chất trước sau ester hóa STT Acid béo Cao chiết (%) Methyl ester (%)
1 Acid béo bão hòa 31,37 35,58
2 Acid béo chưa bão hòa 2,85 3,35
3 Omega-3,6,9 59,15 56,97
4 Không xác định 6,63 4,12
Tổng 100 100
(14)sẽ dùng cho nghiên cứu tách làm giàu Omega-3,6,9 sử dụng chất lỏng ion tởng hợp
Bảng 3.11 Thành phần hóa học acid béo methyl ester Dạng acid Tên dạng acid béo metyl ester
Methyl ester (%)
Acid bão hòa
Myristic acid (14:0) 1,96
Palmitic acid(16:0) 26,55
Stearic acid (18:0) 6,78
Arachidic acid(20:0) 0,29
Acid chưa bão hòa
Palmitoleic acid (16:1) 3,35
Omega-3
α-Linolenic acid (ALA) 18:3 (n-3) 0,46 Eicosatrienoic acid 20:3 (n-3) 0,15 Eicosapentaenoic acid (EPA) 20:5 (n-3) 0,42 Docosahexaenoic acid (DHA) 22:6 (n-3)
Nervonic acid 24:1 (n-9)
0,63
Omega-6
Linoleic acid (LA) 18:2 (n-6) 12,41
γ-Linolenic acid (GLA) 18:3 (n-6) 1,05
Eicosadienoic acid 20:2 (n-6) 0,55
Eicosatrienoic acid 20:3 (n-6) 0,18 Arachidonic acid (AA) 20:4 (n-6) 0,48 Omega-9
Oleic acid 18:1 (n-9) 40,21
Eicosenoic acid 20:1 (n-9) 0,42
Tổng acid béo 95,89
Khơng xác định thất 4,11
(15)3.3 Kết tổng hợp DES sở choline chloride với urea và đồng đẳng
3.3.1 Kết phân tích FTIR TGA 3.3.1.1 Choline chloride với urea
FTIR νmax (KBr) cm-1: urea 3352, 3442 cm-1 (N-H), 1667
cm-1 (C=O) amide, 1457 cm-1 (C-N), choline chloride 3376
cm-1 (O-H), 3019, 2956 2907 cm-1 (-CH
2, -CH3), 1087, 1347, 1478
cm-1 của (C-O), 1643, 1206 cm-1 (C-N), choline chloride/urea
có vân hấp thu tương ứng urea choline chloride Tuy nhiên, mũi đôi NH2 urea chuyển thành mũi đơn hydro
của nhóm NH2 tạo liên kết hydro với anion Cl- nên làm tín hiệu
thay đởi Ngồi ra, số sóng nhóm OH choline chloride số sóng 3376 cm-1 bị dịch chuyển vùng thấp 3347 cm1- Độ
bền nhiệt hỗn hợp choline chloride với urea kiểm tra giản đồ phân tích nhiệt TGA 200 oC
3.3.1.2 Choline chloride với methylurea
FTIR νmax (KBr) cm-1: choline chloride 3376 cm-1 (O-H),
3019, 2956 2907 cm-1 (-CH
2, -CH3), 1087, 1347, 1478 cm-1
(C-O), 1643, 1206 cm-1 (C-N), methylurea 3344 cm-1 (N-H),
2915 cm-1 (H-Csp3), 1655 cm-1 (C=O) amide, 1353, 1171 cm-1
(C-N), Choline chloride với methylurea có vân hấp thu tương ứng methylurea choline chloride Tuy nhiên, số sóng nhóm -OH choline chloride số sóng 3376 cm-1 bị dịch
chuyển vùng thấp 3362 cm1- Độ bền nhiệt hỗn hợp
choline chloride với methylurea kiểm tra giản đồ phân tích nhiệt 200 oC
3.3.1.3 Choline chloride với thiourea
(16)3019, 2956 2907 cm-1 (-CH
2, -CH3), 1087, 1347, 1478 cm-1
(C-O), 1643, 1206 cm-1 (C-N), thiourea, 3376 1618 cm-1
(N-H), 1207 cm-1 (C=S thiocarbonyl), 1413, 1084 cm-1 (C-N) 2686 cm-1
(S-H), choline chloride với thiourea có vân hấp thu tương ứng thiourea choline chloride Tuy nhiên, số sóng nhóm O-H choline chloride số sóng 3376 cm-1 bị dịch chuyển
vùng thấp 3361 cm-1 cường độ tín hiệu 2694 nối
S-H bị giảm mạnh Bằng giản đồ phân tích nhiệt TGA cho thấy độ bền nhiệt hỗn hợp choline chloride với thiourea 214 oC
3.3.1.4 Choline chloride với methyl thiourea
FTIR νmax (KBr) cm-1: choline chloride 3376 cm-1 (O-H),
3019, 2956 2907 cm-1 (-CH
2, -CH3), 1087, 1347, 1478 cm-1
(C-O), 1643, 1206 cm-1 (C-N), methyl thiourea 3325 1636 cm-1
(N-H), 1302 cm-1 (C=S thiocarbonyl), 2863 cm-1 (H-Csp3), 1489,
1059 cm-1 (C-N), Choline chloride với methyl thiourea có
các vân hấp thu tương ứng methyl thiourea choline chloride Tuy nhiên, số sóng nhóm O-H choline chloride số sóng 3376 cm-1 bị dịch chuyển vùng thấp 3324 cm-1 Bằng giản đồ
phân tích nhiệt TGA cho thấy độ bền nhiệt hỗn hợp 214 oC
3.3.2 Tính chất vật lý mẫu DES sở choline chloride
3.4 Kết tổng hợp 2-alkylbenzimidazole hệ ethylene glycol/ benzimidazole
3.4.1 Kết phân tích hợp chất dạng 2-alkylbenzimidazole 3.4.1.1 2-Pentylbenzimidazole
(17)FTIR νmax (KBr) cm-1: 3082 (N-H), 2953 (C-H), 2774,
2734, 1539 (C=N), 1420, 1272(C-N), 1021, 751
1H-NMR (CDCl
3, 500 MHz, , ppm) cho mũi cộng hưởng
của 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 1H-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’) 13C-NMR (CDCl3, 125 MHz, , ppm) xuất
hiện 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
1H-NMR (CDCl
3, 500 MHz, , ppm) cho mũi cộng hưởng
của 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
(18)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
1H-NMR (CDCl
3, 500 MHz, , ppm) cho mũi cộng hưởng
của 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’);
các 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,
H-8’) 13C-NMR (CDCl
3, 125 MHz, , ppm): xuất tín hiệu cho
thấy diện 8C dây alkyl béo C = 31,7 (C-1’), 29,3 (C-2’),
(19)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
1H-NMR (CDCl
3, 500 MHz, , ppm) cho mũi cộng hưởng
của 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
đó 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-octylbenzi-midazole, 2-nonylbenzimidazole lần lượt: 167 oC, 150 oC, 143 oC
133 oC tương ứng Vì vậy, để sử dụng tách chiết omega, chúng
tôi 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)
(20)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
acid
ME Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu
% 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
KXĐ
&TT 4,11 0,82 4,32 0,20 2,54 0,18 3,0 0,17 3,0 0,15 Tổng 100 20 100 4,6 100 7,2 100 5,8 100 5,0
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:
(21)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
2 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 chiếm 5% hỗn hợp Omega-3,6,9 tách
3 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 Ch/U Ch/ MU Ch/Thi Ch/MThi
gam % 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 Tổng ME 20 100 3,30 100 3,60 100 2,84 100 2,76 100 Tổng
(22)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 mơi 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
1 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%
2 Hiệu suất tách acid béo bão hòa acid béo chưa bão hòa 96%
3 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 alkylbenzimi-dazole nằm mức 15% nguyên liệu lần thực
(23)- 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
Tổng ME 20 100 2,98 100 3,10 100 3,10 100 3,04 100
Omega-3,6,9 11,39 56,96 2,59 87,07 2,7 87,21 2,69 86,94 2,31 75,89 Tóm lại: Hệ dung mơi sâu có hiệu suất tách acid béo bão hòa
và 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%, 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 không 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
(24)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
này 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 tởng cộng 6,89 gam
(25)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 không chuyển đổi acid béo bão hòa 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
(26)Bảng 3.38 Hiệu suất tách Omega-3,6,9 phần lỏng
Omega-3 Omega-6 Omega-9
Hệ DES 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
(27)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%
(28)KẾT LUẬN 1 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%
2 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)
(29)3 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
4 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%
(30)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 α-Linolenic 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
(31)DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
1 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
2 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
3 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
4 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 basa-tra Đồng Sơng Cửu Long, Tạp chí hóa học ứng dụng, 2018, 4, 59-63