- Cách xác định chỉ số xà phòng hoá của dầu thực vật
+ Nguyên tắc: Dựa trên phản ứng xà phòng hoá các este có trong dầu thực vật, mỡ động vật …bằng dung dịch KOH 0,5N
+ Cách xác định: Cân (0,5-1)g mẫu dầu cần phân tích (với độ chính xác 0,0001g) cho vào bình tam giác có thể tích 250ml, đổ tiếp vào bình tam giác trên 10 ml dung dịch KOH o,5 N trong rợu. Đun sôi hỗn hợp mẫu với kiềm trong 1 giờ. Sau đó làm lạnh, chuẩn độ bằng dung dịch HCl 0,5N với chỉ thị phenolphtalein cho đến khi mất màu hồng, thể tích HCl O,5 N tiêu hao trong phép chuẩn độ này là b ml.
Cũng làm một thí nghiệm tơng tự nh trên nhng không cần mẫu phân tích (gọi là mẫu đối chứng ). Dùng HCl để chuẩn độ, thể tích HCl 0,5N dùng trong phép chuẩn độ này là a ml.
Trị số xà phòng hoá tính bằng mg KOH/1 gam dầu Ao=T.(a-b)/m , mgKOH/gam
Trong đó
a: thể tích dung dịch HCl 0,5N chuẩn độ mẫu đối chứng, ml b: thể tích dung dịch HCl 0,5N chuẩn độ với mẫu phân tích, ml m: khối lợng mẫu đem phân tích.
T: Độ chuẩn của dung dịch KOH 0,5 N.
- Cách xác định chỉ số axit
+ Nguyên tắc: Là dựa vào phản ứng trung hoà giữa axit béo và kiềm trong môi trờng hỗn hợp gồm rợu etylic và ete etylic
+ Cách xác định: Cân chính xác 3-5 g dầu cho vào bình nón, thêm khoảng 20 ml C2H5-OH cho vào, để hoà tan mẫu, sau đó, rồi cho 2-3 giọt chất chỉ thị thymolphtalein rồi chuẩn bằng dung dịch KOH 0,1 N cho đến khi dung dịch xuất hiện màu hồng nhạt và không mất đi sau 30 giây.
+ Công thức tính trị số axit
Dựa vào công thức sau đây để xác định chỉ số axit A=56,11.v.N/w
Trong đó
A: chỉ số axit của dầu, mgKOH/1kg dầu V:số ml KOH 0,1 N dùng để chuẩn độ N: nồng độ dung dịch KOH
W: khối lợng mẫu tính bằng(g)
I.1.Thuỷ phân dầu sở và dầu lạc
+ Phơng trình phản ứng thuỷ phân với H2O
Glyxerit tác dụng với nớc tạo thành glyxerin và axit béo chính là phản ứng thuỷ phân dầu lạc
CH2OCOR CH2OH
CHOCOR + 3H2O → CHOH + 3RCOOH
CH2OCOR CH2OH
Phản ứng là thuận nghịch trong thực tế sự cân bằng có thể dịch chuyển sang phải nếu sử dụng một lợng d nớc, nhiệt độ và áp suất thích hợp (thờng là cao), phản ứng xảy ra nhanh hơn khi có mặt xúc tác là axit hoặc bazơ.
+ Tiến hành khảo sát sự ảnh hởng của các yếu tố: Lợng LAS, lợng xúc tác axít, lợng H2O, nhiệt độ, tới độ chuyển hoá của dầu.
I.1.1. Nghiên cứu ảnh h ởng của l ợng LAS
LAS là chất hoạt tính bề mặt rất mạnh cho nên khi ta tiến hành thuỷ phân dầu thực vật bằng nớc với sự tham gia của LAS sẽ làm giảm lớn sức căng bề mặt của nớc và dầu, làm cho diện tích tiếp xúc giữa dầu và nớc tăng lên rất nhiều chính vì vậy LAS là nhân tố ảnh hởng quyết định đến hiệu suất của quá trình thuỷ phân dầu. Khi tăng lợng LAS lên thì độ chuyển hoá của quá trình thuỷ phân cũng tăng lên tuy vậy khi tăng tới một lợng nhất định LAS thì độ chuyển hoá của dầu cũng không tăng lên đợc nữa, mà lại tốn kémcho nên ta phải tìm lợng LAS thích hợp trong khoảng từ 1-10g bằng cách cố định các thông số khác nh : Lợng dầu =200g, lợng nớc = 60g, lợng xúc tác axit H2SO4 = 5g, T0 =1000C.
I.1.2. Thuỷ phân lần 2
Sau khi đã tiến hành thuỷ phân lần 1 độ chuyển hoá cha cao nên ta tiến hành thuỷ phân lần 2 bằng cách lấy mẫu thuỷ phân lần 1. Đem đi lọc rửa tách glixerin, chiết lấy phần axit và dầu còn d sau đó thuỷ phân tiếp lần 2
I.1.3. Nghiên cứu ảnh h ởng của xúc tác H2SO4
Lợng xúc tác axit có ảnh hởng rất lớn đến quá trình thuỷ phân dầu bằng nớc. Nếu không có axit xúc tác phản ứng diễn ra sẽ rất chậm vì vậy sẽ mang lại hiệu suất rất thấp. Tuy vậy lợng xúc tác cũng phải phù hợp nếu lợng H2SO4 quá nhiều sẽ không tốt cho quá trình thuỷ phân vì có thể gây ra các phản ứng phụ không mong muốn. Mặt khác khi tăng lợng xúc tác lên mà không làm tăng thêm độ chuyển hoá của dầu thì chỉ gây tốn kém, do đó phải tìm lợng H2SO4 cho phù hợp trong khoảng từ 1-10g bằng cách cố định các thông số khác nh: Lợng dầu =200g, lợng nớc = 60g, lợng LAS = 5g, và nhiệt độ = 1000C.
I.1.4. Nghiên cứu ảnh h ởng của l ợng H2O
Nớc là yếu tố ảnh hởng quan trọng và trực tiếp đến quá trình thuỷ phân dầu. Về lý thuyết phản ứng thuỷ phân của dầu với nớc là phản ứng thuận nghịch cho nên lợng nớc càng tăng thì độ chuyển hoá của dầu càng tăng. Dù vậy khi ta tăng lợng nớc đến một lợng nhất định thì độ chuyển hoá cũng không tăng là mấy. Khống chế các yếu tố: Nhiệt độ, lợng dầu, lợng LAS, lợng xúc tác ta sẽ tìm đợc lợng nớc tối u trong khoảng từ 30-100g.
I.1.5. Nghiên cứu ảnh h ởng của nhiệt độ
ảnh hởng của nhiệt độ đến hiệu suất của quá trình thuỷ phân dầu là rất rõ ràng. Khi nhiệt độ quá thấp thì tốc độ phản ứng thuỷ phân chắc chắn là sẽ thấp dẫn đến độ chuyển hoá không cao, còn khi nhiệt độ quá cao, nếu lớn hơn
1000C thì sẽ làm bay hơi nớc và nếu quá trình thuỷ phân giữ nớc không tốt sẽ làm cho phản ứng thuỷ phân xảy ra theo chiều nghịch sẽ làm giảm độ chuyển hoá của dầu. Mặt khác nhiệt độ cao có thể xảy ra phản ứng phân huỷ các chất bởi vì các chất tham gia phản ứng thuỷ phân đều là các hợp chất cao phân tử không bền. Vì vậy cần khống chế nhiệt độ cho thích hợp trong khoảng từ 60- 1000C, bằng cách cố định các thông số: lợng LAS = 4g, lợng dầu = 200g, lợng nớc = 50g. Lợng xúc tác axit
1.1.6. Nghiên cứu ảnh h ởng của thời gian phản ứng
Thời gian phản ứng cũng có ảnh hởng rất lớn đến quá trình thuỷ phân dầu. Thời gian phản ứng ít thì độ chuyển hoá thấp, còn khi tăng thời gian phản ứng thì độ chuyển hoá tăng, đến một thời gian nào đó độ chuyển hoá sẽ không tăng đợc nữa mà lại có phần giảm do lợng nớc bay hơi mất vì thế cần theo dõi thời gian bằng cách cố định : Nhiệt độ = 1000C, lợng dầu = 200g, lợng nớc = 60g, lợng LAS = 4g, lợng axít xúc tác = 5g để tìm thời gian tối u trong khoảng từ 1-5h.
I.2. Thuỷ phân dầu hớng dơng
Quá trình thuỷ phân dầu Hớng Dơng băng kiềm gồm hai giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: Xà phòng hoá triglyxerit có trong dầu bằng dung dịch KOH 30% để tạo muối của axit béo (xà phòng ) và glyxerin:
CH2-O-COR CH2OH
CHOCOR + 3KOH → CHOH + RCOOK CH2OCOR CH2OH
Đây là phản ứng không thuận nghịch, xà phòng RCOOk tạo thành có khả năng tạo bọt, màu vàng nhạt. ở nhiệt độ cao, do nớc bị bay hơi nên xà phòng bị vón cục lại và mềm.
- Giai đoạn 2: Axit hoá muối của axit béo vừa tạo thành bằng dung dịch H2SO4 60% để thu đợc sản phẩm chính là axít béo chứa chủ yếu là axít linoleic.
Khi kết thúc giai đoạn 1 sản phẩm thu đợc là xà phòng có màu vàng nhạt, bị vón cục (do trong quá trình phản ứng nớc bị bay hơi).
+ Cho khoảng 50ml rợu etylic 960, rồi cho tiếp khoảng 10ml axit H2SO4 60% vào hỗn hợp sản phẩm, khuấy đều rồi đổ sang một cốc có mỏ lớn. Trong cốc có mỏ, ta để lắng một thời gian, sẽ có 3 lớp sản phẩm tạo thành: Lớp trên cùng là axit béo chứa chủ yếu là axit Linoleic, lớp thứ hai là glyxerin trong cồn, lớp thứ ba là dung dịch muối sulfat của kali.
+ Dùng phễu chiết để chiết lấy lớp trên cùng có màu vàng trong, sau đó rửa lại 3 lần bằng nớc cất ( mỗi lần 20ml).
+ Cân khối lợng và thể tích sản phẩm vừa chiết đợc.
Sau đây ta đi nghiên cứu các yếu tố ảnh hởng đến quá trình thuỷ phân dầu h- ớng dơng.
II.2.1. ả nh h ởng của nhiệt độ
Nhiệt độ là một yếu tố ảnh hởng trực tiếp và quyết định đến quá trình thuỷ phân dầu. Nếu nh nhiệt độ quá thấp thì quá trình phản ứng xảy ra sẽ chậm, thậm chí không xảy ra và rõ ràng nh thế là hiệu suất của quá trình thuỷ phân cũng thấp, còn nếu nh nhiệt độ quá cao thì trớc hết là tốn nhiệt, sau đó là có thể xảy ra các phản ứng thứ cấp tạo ra những hợp chất phân tử thấp vì đây toàn là những chất có cấu trúc mạch dài, cấu trúc tơng đối phức tạp dễ phân huỷ, và phản ứng thuỷ phân cũng khó khống chế nên cũng làm cho hiệu suất của quá trình thuỷ phân thấp. Để tìm đợc nhiệt độ tối u ta cố định các thông số khác nh : Lợng dầu là 30g, lợng KOH là 19g và thời gian phản ứng, khảo sát nhiệt độ trong khoảng từ 70-1000C ta sẽ tìm đợc nhiệt độ thích hợp.
II.2.2.Nghiên cứu ảnh h ởng của thời gian phản ứng
Thời gian phản ứng cũng là thông số ảnh hởng rất lớn đến hiệu suất của quá trình phản ứng. Nếu thời gian phản ứng ít thì chắc chắn là hiệu suất của quá trình phản ứng sẽ thấp vì dầu không thể thuỷ phân hoàn toàn, còn nếu thời gian phản ứng quá dài thì có thể gây ra những phản ứng phụ không có lợi cho quá trình thuỷ phân, dẫn đến hiệu suất xà phòng hóa giảm, đấy là cha kể tốn kém thời gian. Chính vì vậy ta cần khảo sát để tìm thời gian tối u trong khoảng từ 60 phút -180 phút, bằng cách cố định các thông số khác là: lợng dầu tham gia phản ứng, lợng KOH và nhiệt độ phản ứng.
II.2.3. Nghiên cứu ảnh h ởng của l ợng KOH đến thời gian phản ứng
Lợng KOH có ảnh hởng rất quan trọng và quyết định đến hiệu quả của quá trình thuỷ phân. Nếu lợng KOH không đủ thì hiệu suất sản phẩm tạo thành chắc chắn sẽ thấp, còn nếu lợng KOH quá nhiều thì lợng axit cần để trung hoà sau này sẽ nhiều và gây lãng phí không cần thiết, cho nên ta phải tìm lợng KOH tối u thông qua tri số xà phòng hoá, khảo sát lợng KOH trong khoảng từ 17-21 g, và cố định các thông số khác nh : Lợng dầu 30g, nhiệt độ, thời gian, ta cũng tìm đợc lợng KOH tối u.
II.2.4 Nghiên cứu ảnh h ởng của tốc độ khuấy :
Do dầu Hớng Dơng và dung dịch kiềm (KOH) là hai chất lỏng không tan lẫn nên trong quá trình phản ứng ta phải khuấy trộn liên tục để các phân tử
dầu tiếp xúc tốt với các phân tử kiềm, dẫn đến phản ứng xảy ra nhanh và hoàn toàn, làm hiệu suất quá trình xà phòng hoá tăng.
Mặt khác việc khuấy trộn liên tục sẽ truyền nhiệt đều cho các phân tử chất tham gia phản ứng nhằm cung cấp đủ năng lợng cho phản ứng xảy.
II. tổng hợp chất nhũ hoá
Quá trình tổng hợp chất nhũ hoá của chúng ta sẽ đi theo hai hớng nh đã nêu ở trên
Một là : Nghiên cứu tổng hợp chất nhũ hoá đi từ axit oleic và diethanolamin thu đợc trong quá trình thuỷ phân dầu lạc và dầu sở
Hai là : Nghiên cứu tổng hợp chất nhũ hoá đi từ axit linoleic và diethanolamin thu đợc trong quá trình thuỷ phân dầu hớng dơng.
II.1. Phơng trình phản ứng
(CH2)2OH
R-COOH + OH-(CH2)2-NH-(CH2)2-OHR-CO-N-(CH2)2OH trong đó R = CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7- là gốc axit oleic
hoặc R = CH3(CH2)4CH=CH-CH2-CH(CH2)7- là gốc axit linoleic
II.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hởng đến quá trình tổng hợp chất nhũ hoá.
II.2.1.ả nh h ởng của nhiệt độ
Nhiệt độ là yếu tố ảnh hởng rất lớn tới hiệu suất của phản ứng. Nếu nhiệt độ thấp thì độ chuyển hoá cũng thấp, còn nhiệt độ cao thì tốn nhiệt mà cha chắc độ chọn lọc của sản phẩm đã cao. Trong điều kiện của phản ứng này ta sẽ khảo sát nhiệt độ trong khoảng từ 100-1500C. Giữ các thông số khác cố định nh: Lợng axit linoleic, lợng diethanolamin. Thay đổi nhiệt độ ta sẽ tìm đ- ợc nhiệt độ thích hợp.
Cụ thể nh sau: Cân chính xác 150g axit gia nhiệt đến nhiệt độ cần khảo sát. Sau đó cho 65g diethanolamin vào và giữ ở nhiệt độ cần khảo sát. Tiến hành phản ứng trong nhiều giờ, mỗi giờ lấy mẫu ra để phân tích. Kết quả ta sẽ tìm đợc nhiệt độ tối u.
II.2.2. ả nh h ởng của thời gian phản ứng
Thời gian phản ứng để tạo chất nhũ hoá có ý nghĩa rất lớn trong việc hình thành chất nhũ. Thời gian ngắn thì độ chuyển hoá của axit linoleic là thấp, do đó lợng chất nhũ hoá sẽ tạo ra không đợc nhiều, và sẽ ảnh hởng đến khả năng nhũ hoá sau này, trong khi đó nếu thời gian quá dài mà độ chuyển hoá của axit linoleic đã cao, không thể hơn đợc nừa thì là điều không cần
thiết, kéo dài chỉ gây lãng phí thời gian và tốn kém cho nên cần phải khảo sát trong một khoảng thời gian để tìm ra thời điểm thích hợp, cụ thể ta sẽ khảo sát trong vòng 5 giờ, mỗi giờ lấy mẫu ra để phân tích, còn các thông số khác sẽ giữ không đổi: Lợng axit béo là 150g, lợng diethanolamin là 65g.
II.2.3. ả nh h ởng của l ợng amin
Lợng amin cũng là một yếu tố ảnh hởng đến độ chuyển hoá của axit lionoleic. Ban đầu ta lấy 150g axit linoleic cho phản ứng với 65g diethanolamin tức là đã dung d lợng diethanolamin để tính độ chuyển hoá theo axit béo. Lợng diethanolamin nếu thiếu chắc chắn sẽ làm cho hiệu suất của quá trình phản ứng giảm đi, còn nếu d quá mà không tăng thêm đợc hiệu suất thì lại tốn hoá chất. Chính vì thế cần tìm đợc lợng amin tối u bằng cách cố định các thông sô : Lợng axit, nhiệt độ và thay đổi lợng amin trong khoảng từ (60-70), ta sẽ tìm đợc lợng amin tối u.
III. Các phơng pháp đánh giá quá trình thuỷ phân dầuvà tổng hợp chất nhũ hoá và tổng hợp chất nhũ hoá
III.1. Quá trình thuỷ phân dầu
Để đánh gia quá trình thuỷ phân dầu ta dựa vào các thông số nh: Độ chuyển hoá, độ chọn lọc, hiệu suất sản phẩm, chất lợng axit béo thu đợc và hiệu quả về kinh tế.
III.1.1. Xác định độ chuyển hoá
Theo công thức sau : X% = A/Ao trong đó A: là chỉ số axit
Ao: là chỉ số xà phòng hoá III.1.2. Xác định hiệu suất quá trình thuỷ phân
+ Hiệu suất của quả trình thuỷ phân dầu Hơng Dong đợc tính bằng phàn trăm lợng axit Linoleic so với lợng chất tham gia ban đầu.
axit Linoneic m
% .100%
M η =
: Hiệu suất của quá trình thuỷ phân dầu Hớng Dơng(%). maxit Linoleic : Khối lợng axit Linoleic thu đợc(g).
M : Khối lợng dầu ban đầu cho vào phản ứng(g). + m axir xác định nh sau
Dùng pipet và quả hút lấy 10ml sản phẩm thu đợc cho vào bình tam giác cộng với 5 đến 6 giọt thuốc thử phenol phtalein. Dùng dung dịch KOH trong cồn 0,1N để chuẩn đến chi xuất hiện màu xanh thì ghi thể tích dung dịch KOH . Từ đó ta tính đợc nồng độ của axit béo Linoleic trong 10ml sản phẩm là Naxit:
KOH0,1N KOH0,1N KOH0,1N axit 0 sả nphẩm V .N 0,1.V N V 10 = =
Trong đó: VKOH 0.1N là thể tích dung dịch KOH trong công 0.1N dùng để chuẩn 10ml sản phẩm.
Suy ra, khối lợng của axit béo Linoleic trong 10ml sản phẩm là maxit : maxit = Naxit x Vsản phẩm x Đaxit
Trong đó: Đaxit là đơng lợng gam trung bình của các axit trong dầu hớng dơng, Đaxit = 280,46.
+ Hiệu suất axit cao tức là quá trình thuỷ phân có hiệu quả cao. Tuy nhiên, hiệu suất quá trình thuỷ phân luôn nhỏ hơn 1 do phản ứng xà phòng hoá