L ỜI MỞ ĐẦ U
1.5.3 Ứng dụng bảo quản nông sản của CHĐBM không ion từ
Thực phẩm là một trong những nhu yếu phẩm không thể thiếu trong đời sống hàng ngày của mọi người. Thực phẩm là nguồn dinh dưỡng duy trì cuộc sống, bổ
sung những tiêu hao mất đi trong sinh hoạt và duy trì cuộc sống khoẻ mạnh, phát triển.
Thực phẩm sẽ biến đổi và giảm chất lượng theo thời gian và có thể bị hư hỏng,
hoặc bị hỏng một phần. Ở những thực phẩm không bị nhiễm khuẩn và nấm, các men có sẵn trong thực phẩm, có thể làm thay đổi các chất dinh dưỡng và phá vỡ các mô của phần lớn các thực phẩm. Tuy nhiên, các loại thóc, hạt, quả hạch có thể để được nhiều năm trong điều kiện bảo quản hợp lý. Một trong những mục đích của
bảo quản là đem đến cho người tiêu dùng những sản phẩm chất lượng, bằng phương
pháp bảo quản sử dụng những nguyên liệu được phép ứng dụng trong thực phẩm.
Hiện nay con người đang đứng trước vấn đề an toàn thực phẩm đặc biệt là việc sử
dụng hóa chất bảo quản không được phép một cách tràn lan. Vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng những chất bảo quản có nguồn gốc sinh học an toàn với người và môi
trường đang được đầu tư và đẩy mạnh. Hiện đang có nhiều nghiên cứu ứng dụng
màng bán thấm có nguồn gốc sinh học để bảo quản nông sản, thực phẩm mang lại hiệu quả rất cao.
1.5.3.1Màng bán thấm làm từ đường đa phân tử
Màng bán thấm có thể được làm từ nhiều loại polysaccharide và được sử dụng để làm giảm sự mất nước trong quá trình bảo quản ngắn hạn. Tuy nhiên, bản thân
các chất polysaccharide cũng là những chất ưa nước vì thế chúng không thể có chức
năng ngăn cản sự mất nước. Thực chất sự giảm quá trình mất nước với màng bán
Glycerol + Metyl ester
Monoglyceride CHĐBM không ion Transester hóa Glycerol + Dầu mỡ Transester hóa Ester hóa
Glycerol + Acid béo
thấm làm từ polysaccharide được thực hiện qua cách khác gọi là sự mất nước thay
thế, tức là sự mất nước vẫn xảy ra trên màng polysaccharide nhưng không làm mất
nước của bản thân rau, quả. Ngoài việc ngăn ngừa mất nước, một số màng bán thấm
polysaccharide còn có tác dụng hạn chế sự khuyếch tán của không khí và oxy nhờ
đó có tác dụng hỗ trợ trong bảo quản. Các polysaccharide có thể dùng để làm màng
bán thấm là cellulose, tinh bột, dẫn xuất của tinh bột, pectin và gum. 1.5.3.2 Màng bán thấm có nguồn gốc protein
Màng bán thấm ăn được có thể được làm từ nhiều nguồn protein khác nhau. Protein cũng ưa nước và nhạy cảm với sự hấp thụ nước vì thế độ ẩm tương đối và
nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến tính chất của chúng. Các nguồn protein được dùng
làm màng bán thấm ăn được gồm có zein của ngô, gluten của lúa mì, protein đậu
tương, protein sữa và các protein có nguồn gốc động vật như collagen, keratin và
gelatin. Hiện nay, việc bao phủ rau quả với màng thuần túy protein không được sử
dụng do hạn chế của chúng chống lại việc thoát hơi nước. Tuy nhiên, màng hỗn hợp hoặc màng kép giữa protein và một vài vật liệu kỵ nước khác có khả năng tương hỗ
lẫn nhau làm tăng tính hữu ích của chúng.
1.5.3.3 Màng bán thấm làm từ chất béo
Màng bán thấm làm từ chất béo đã được sử dụng từ hơn 800 năm. Màng bán
thấm lipid được sử dụng bởi chúng có tính kỵ nước cao vì thế có tác dụng ngăn
chặn sự mất nước. Ngoài khả năng hạn chế mất nước, màng lipid còn làm giảm hô
hấp của vi khuẩn gây hại nhờ đó kéo dài thời gian bảo quản cũng như cải thiện chất
lượng cảm quan bên ngoài cho rau quả bằng cách tạo một lớp vỏ sáng bóng. Màng lipid có thể được làm từ nhiều loại lipid khác nhau bao gồm acetyl monoglyceride, lactyl monoglyceride, wax và chất hoạt động bề mặt khác.
(a) (b)
Hình 1.6 Cà rốt và Cần tây được phủ lớp bảo quản (a) Phủ stearic acid (b) Phủ acetylated monoglyceride
1.5.3.4 Màng làm từ sáp (wax) hoặc dầu
Màng sáp hoặc dầu bao gồm paraffin, sáp ong, sáp polyethylene và dầu
khoáng. Paraffin được làm từ dầu thô hoặc paraffin tổng hợp được dùng để bao phủ
rau quả dạng thô (chưa qua sơ chế). Cả 2 loại paraffin tổng hợp và tự nhiên đều
được tổ chức thuốc và thực phẩm Hoa Kỳ cho phép sử dụng như là một chất phụ gia
thực phẩm sau khi đạt được một vài chỉ tiêu nhất định về khả năng hấp thụ tia cực
tím và trọng lượng phân tử.
1.5.3.5 Màng bán thấm làm từ acid béo và các dẫn xuất của monoglyceride
Acid béo và các dẫn xuất của monoglyceride được sử dụng trong màng bán
thấm như là chất gây nhũ hóa. Acid béo có thể được chiết suất từ dầu thực vật, trong
khi đó các dẫn xuất monoglyceride được tạo thành bởi việc ester hóa giữa
monoglyceride và acid hữu cơ. Dẫn xuất monoglyceride được sử dụng do có tính kỵ nước và nhiệt độ nóng chảy cao.
Hình 1.7 Chuối được bảo quản bằng protein và dẫn xuất của monoglyceride
1.5.3.6 Dung dịch nhũ tương
Sử dụng dung dịch nhũ tương để bao phủ nông sản là một ý tưởng khá mới. Dung dịch màng có khả năng ngăn cản mất nước tốt tuy nhiên lại không đem lại cho sản phẩm độ bóng bên ngoài. Nhiều chất nhũ hóa sử dụng trong dung dịch màng nhũ tương đều có nguồn gốc từ glycerol và acid béo. Chất nhũ hóa phổ biến sử dụng trong bảo quản nông sản thực phẩm đã được thương mại hóa là polyglycerols-polystearate.
Màng bao dạng nhũ tương còn có thể được chia thành loại nhũ tương lớn và
nhũ tương nhỏ. Nhũ tương lớn là loại có kích thước hạt nhũ từ 2 × 103 – 2 × 105 Å
trong khi nhũ tương hạt nhỏ có kích thước từ 1000-2000 Å.
Để tự nhiên Phủ protein 15% dẫn xuất monoglyceride 40% dẫn xuất monoglyceride Sau 2 ngày Sau 7 ngày Sau 12 ngày
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là tổng hợp các CHĐBM sinh học không ion từ dầu dừa và
đánh giá khả năng ứng dụng CHĐBM vào trong bảo quản nông sản.
Để đạt được những mục tiêu trên, nội dung nghiên cứu cụ thể của đề tài như
sau:
- Tổng hợp CHĐBM không ion:
+ Tổng hợp methyl ester từ dầu dừa qua hai giai đoạn.
+ Thực hiện phản ứng transester hóa giữa methyl ester và glycerol thu
được monoglyceride.
+ Monoglyceride được thực hiện phản ứng ester hóa với acetic acid,
lactic acid và tartaric acid.
Trong đó:
RCOOH: Acid béo.
R’COOH: Acetic acid, lactic acid, tartaric acid. 4a: Acetylated monoglyceride (AMG).
4b: Lactylated monoglyceride (LMG). 4c: Tartarylated monoglyceride (TMG).
Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến phản ứng bao gồm tỉ lệ mol giữa các tác chất, nhiệt độ, thời gian phản ứng. Đây cũng là các yếu tố được khảo sát trong đề tài.
OCOR OCOR OCOR RCOOH, CH3OH H2SO4 OCOR OCOR OCOR RCOOCH3, CH3OH KOH RCOOCH3
Dầu dừa (1) Methyl ester, triglyceride Methyl ester (2)
Methyl ester (2) Monoglyceride (3) CHĐBM không ion (4)
Glycerol
- Đánh giá khả năng ứng dụng CHĐBM tổng hợp được:
+ Đánh giá chất lượng thông qua việc xác định giá trị HLB.
+ Đề tài tập trung đánh giá khả năng ứng dụng bảo quản nông sản (cà
chua, dưa leo).
2.2 Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được những nội dung trên, phương pháp thực hiện của đề tài như sau:
Phản ứng ester hóa và transeter hóa được thực hiện bằng phương pháp khuấy
từ kết hợp gia nhiệt cổ điển. Đây là phương pháp phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm và cho hiệu suất khá cao.
Quá trình khảo sát được tiến hành thông qua việc thay đổi một yếu tố cần khảo sát và cố định các yếu tố còn lại. Quá trình được diễn ra tuần tự với các yếu tố còn lại cần khảo sát trên cơ sở sử dụng kết quả thích hợp của các yếu tố vừa tìm được.
Tiến trình phản ứng được theo dõi bằng sắc ký bản mỏng silica gel với thuốc hiện màu là dung dịch KMnO4.
Đánh giá chất lượng sản phẩm chất hoạt động bề mặt sinh học không ion tổng
hợp được bằng cách bao phủ nông sản (cà chua, dưa leo), theo dõi mức độ hư hỏng
3.1 Phương tiện nghiên cứu
3.1.1 Dụng cụ và thiết bị
Hệ thống đun hoàn lưu
Máy khuấy từ gia nhiệt và bộ kiểm soát nhiệt độ IKA Máy cô quay chân không HEIDOLPH
Bình cầu đáy tròn 100 mL, 250 mL, 500 mL Cột sắc ký Cân điện tử GF – 300 Bình chiết 100 mL, 500 mL Bình tam giác 100 mL Cốc thủy tinh 100 mL, 250 mL Phễu lọc Phễu chiết 250 mL, 1000 mL Đũa thủy tinh Bình định mức 100 mL Ống đong 10 mL 3.1.2 Hóa chất Acetic acid (TQ)
Acetic anhyride (Merck) Acetone (VN) Bản mỏng silica gel 20×20 cm Citric acid (TQ) Dầu khoáng (VN) Ethyl acetate (TQ) Ethyl acetate (VN) Giấy đo pH, giấy lọc Glycerol (TQ) H2SO4 (TQ) KOH (TQ) Lactic acid (TQ) Methanol (TQ) NaCl (VN) NaHCO3 (TQ)
Na2SO4 (TQ) Nước cất (VN) Ống mao quản Petroleum ether (TQ) Petroleum ether (VN) Silica gel 60 F254 Tartaric acid (TQ) Vitamin C (TQ) 3.2 Nguyên liệu
Nguồn nguyên liệu là dầu dừa ép máy được thu mua từ hộ gia đình ở số 11,
đường Nguyễn Thị Minh Khai, Thành Phố Cần Thơ.
3.3 Chuẩn bị nguyên liệu
Dầu dừa được lọc sạch sẽ được xác định một số chỉ tiêu chất lượng. Kết quả
các chỉ tiêu chất lượng của dầu dừa và kết quả xác định thành phần acid béo trong
dầu dừa được suy ra từ kết quả đo GC - MS methyl ester được trình bày trong Bảng
3.1 và Bảng 3.2.
Bảng 3.1 Kết quả các chỉ tiêu chất lượng của dầu dừa
STT Tên chỉ tiêu Giá trị
1 Tỷ trọng 0,911
2 Chỉ số acid (mg KOH/g dầu) 77,68 3 Chỉ số xà phòng (mg KOH/g dầu) 258,92 4 Chỉ số iod (g I2/ 100 g dầu) 1,27
Bảng 3.2 Kết quả xác định thành phần acid béo trong dầu dừa (phụ lục 1)
STT Acid béo Hàm lượng (%)
Acid béo mạch carbon no
1 C8:0 Caprylic acid 5,56 2 C10:0 Capric acid 4,97 3 C12:0 Lauric acid 44,67 4 C 14:0 Myristic acid 19,86 5 C 16:0 Palmitic acid 11,43 6 C 18:0 Stearic acid 2,35
Acid béo mạch carbon không no
7 C 18:1 Oleic acid 8,51
3.4 Tổng hợp methyl ester (2)
3.4.1 Ester hóa dầu dừa
Phản ứng ester hóa dầu dừa được thực hiện giữa acid béo tự do (38,84% - 22,375 g - 0,1 mol) trong 57,608 g dầu dừa và methanol ( 25,632 g - 0,8 mol) với xúc tác H2SO4 đậm đặc (98% - 1,119 g - 5% khối lượng acid béo), ở nhiệt độ 80oC trong 4 giờ. Phản ứng được thực hiện trong bình cầu gắn với ống sinh hàn, hỗn hợp
được khuấy đều với tốc độ 700 vòng/phút. Hỗn hợp sau phản ứng được cho vào phễu chiết, rửa với dung dịch NaHCO3 bão hòa. Cho dung môi EtOAc vào để chiết và rửa nhiều lần với nước cho đến khi pH dung dịch là 7 (kiểm tra bằng giấy đo pH),
cuối cùng cho dung dịch NaCl bão hòa vào. Thu lớp dịch hữu cơ và đem làm khan
với Na2SO4, lọc, lấy dung dịch lọc đem cô quay đuổi dung môi thu được 36,685 g hỗn hợp methyl ester và triglyceride.
3.4.2 Transester hóa hỗn hợp methyl ester và triglyceride
Hỗn hợp methyl ester, triglyceride (57,984 g, ứng với 35,463 g – 0,05 mol triglyceride) và methanol (8,01 g – 0,25 mol) với xúc tác KOH (1,773 g - 5% khối
lượng triglyceride) được khuấy ở 700 v/p, nhiệt độ phản ứng 120ºC trong thời gian
3 giờ. Hỗn hợp sau phản ứng được cho vào phễu chiết và được rửa với dung dịch
CH3COOH 5%, cho dung môi EtOAc vào để chiết và rửa với nước nhiều lần cho
đến khi pH dung dịch là 7 (kiểm tra bằng giấy đo pH), cuối cùng cho dung dịch NaCl bão hòa vào. Thu lớp dung dịch hữu cơ bên trên bình chiết đem làm khan với Na2SO4, lọc, lấy dung dịch qua lọc đem cô quay đuổi dung môi thu được 30,968 g hỗn hợp sản phẩm.
Hình 3.1 Hỗn hợp methyl ester tách lớp sau khi được rửa với dung dịch NaHCO3 bão hòa
3.5 Tổng hợp monoglyceride (3)
Hỗn hợp methyl ester (23,775 g - 0,1 mol) và glycerol (64,463 g - 0,7 mol)
được transester hóa với xúc tác KOH (1,189 g - 5% khối lượng methyl ester). Hỗn
hợp phản ứng được cho vào bình cầu gắn với ống sinh hàn, được khuấy với tốc độ
700 vòng/phút ở nhiệt độ 140oC trong 3 giờ. Hỗn hợp sau phản ứng được cho vào phễu chiết, được rửa với dung dịch CH3COOH 5%, cho dung môi EtOAc vào để
chiết và rửa với nước nhiều lần cho đến khi pH dung dịch là 7 (kiểm tra bằng giấy
đo pH), cuối cùng cho dung dịch NaCl bão hòa vào. Thu lớp dung dịch hữu cơ và
đem làm khan với Na2SO4, lọc, lấy dung dịch qua lọc đem cô quay đuổi dung môi
thu được 18,932 g hỗn hợp sản phẩm.
Hỗn hợp sản phẩm được tiến hành sắc ký cột với 1,3 g mẫu hỗn hợp sản phẩm
(PE:EtOAc = 4:1), thu được 0,588 g monoglyceride, hiệu suất tổng hợp
monoglyceride sau khi qua cột là 45,21%, sản phẩm có Rf = 0,232 (hệ giải ly PE:EtOAc = 1:1).
3.6 Tổng hợp acetylated monoglyceride (4a)
Hỗn hợp monoglyceride (65,859 g, ứng với 29,775 g monoglyceride - 0,1 mol) và acetic acid (60 g - 1 mol) được thực hiện phản ứng ester hóa với xúc tác H2SO4
đậm đặc (98% - 1,489 g - 5% khối lượng monoglyceride). Hỗn hợp phản ứng được
cho vào bình cầu gắn với ống sinh hàn, được khuấy với tốc độ 700 vòng/phút ở
nhiệt độ 110oC trong 3 giờ. Hỗn hợp sau phản ứng được cho vào phễu chiết, được
rửa với dung dịch NaHCO3 bão hòa, cho dung môi EtOAc vào để chiết và rửa với
nước nhiều lần cho đến khi pH dung dịch là 7 (kiểm tra bằng giấy đo pH), cuối cùng cho dung dịch NaCl bão hòa vào. Thu lớp dung dịch hữu cơ và đem làm khan
với Na2SO4, lọc, lấy dung dịch qua lọc đem cô quay đuổi dung môi thu được 21,591 g hỗn hợp sản phẩm.
Hỗn hợp sản phẩm được tiến hành sắc ký cột với 0,83 g mẫu hỗn hợp sản phẩm (PE:EtOAc = 7:1), thu được 0,425g acetylated monoglyceride, hiệu suất tổng hợp acetylated monoglyceride sau khi qua cột là 51,2%,sản phẩmcó Rf = 0,471 (hệ
giải ly PE:EtOAc = 2:1).
3.7 Tổng hợp lactylated monoglyceride (4b)
Hỗn hợp monoglyceride (65,859 g, ứng với 29,775 g monoglyceride - 0,1 mol) và lactic acid (27 g – 0,3 mol) được ester hóa với xúc tác H2SO4 đậm đặc (98% - 1,489 g - 5% khối lượng monoglyceride).Hỗn hợp phản ứng được cho vào bình cầu
4 giờ. Hỗn hợp sau phản ứng được cho vào phễu chiết, được rửa với dung dịch NaHCO3 bão hóa, cho dung môi EtOAc vào để chiết và rửa với nước nhiều lần cho
đến khi pH dung dịch là 7 (kiểm tra bằng giấy đo pH), cuối cùng cho dung dịch NaCl bão hòa vào. Thu lớp dung dịch hữu cơ và đem làm khan với Na2SO4, lọc, lấy dung dịch qua lọc đem cô quay đuổi dung môi thu được 23,498 g hỗn hợp sản phẩm.
Hỗn hợp sản phẩm được tiến hành sắc ký cột với 0,76 g mẫu hỗn hợp sản
phẩm (PE:EtOAc = 5:1), thu được 0,308 g lactylated monoglyceride, hiệu suất tổng
hợp lactylated monoglyceride sau khi qua cột là 40,53%, sản phẩm có Rf = 0,476 (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:3).
3.8 Tổng hợp tartarylated monoglyceride (4c)
Hỗn hợp monoglyceride (65,859 g, ứng với 29,775 g monoglyceride - 0,1 mol) và tartaric acid (15 g – 0,1 mol) được ester hóa với xúc tác H2SO4đậm đặc (98% - 1,489 g - 5% khối lượng monoglyceride).Hỗn hợp phản ứng được cho vào bình cầu
gắn với ống sinh hàn, được khuấy với tốc độ 700 vòng/phút ở nhiệt độ 140oC trong
1 giờ. Hỗn hợp sau phản ứng được cho vào phễu chiết, được rửa với dung dịch NaHCO3 bão hóa, cho dung môi EtOAc vào để chiết và rửa với nước nhiều lần cho
đến khi pH dung dịch là 7 (kiểm tra bằng giấy đo pH), cuối cùng cho dung dịch NaCl bão hòa vào. Thu lớp dung dịch hữu cơ và đem làm khan với Na2SO4, lọc, lấy dung dịch qua lọc đem cô quay đuổi dung môi thu được 27,311 g hỗn hợp sản phẩm.
Hỗn hợp sản phẩm được tiến hành sắc ký cột với 0,875 g mẫu hỗn hợp sản
phẩm (PE:EtOAc = 5:1), thu được 0,362 g tartarylated monoglyceride, hiệu suất
tổng hợp tartarylated monoglyceride sau khi qua cột là 41,38%, sản phẩm có Rf = 0,442 (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:1).
4.1 Tổng hợp methyl ester (2)
Theo các nghiên cứu trước đây [3], methyl ester được tổng hợp trực tiếp bằng phản ứng transester giữa dầu mỡ động thực vật và methanol với xúc tác KOH. Tuy nhiên, dầu dừa ép máy có chỉ số acid khá cao nên methyl ester được tổng hợp qua
hai giai đoạn: giai đoạn một là phản ứng ester hóa giữa dầu dừa (acid béo trong dầu
dừa ép máy) và methanol với xúc tác H2SO4, giai đoạn hai là phản ứng transester hóa giữa dầu dừa đã ester hóa ở giai đoạn một (triglyceride) và methanol với xúc tác