3.5.2.1. Nghiên cứu xử lý phụ phẩm chế biến dầu ñậu tương ñã ñược lựa chọn
ðể quá trình etyl este hóa ñạt hiệu suất cao thì chúng tôi phải tiến hành loại H2O trong cặn dầu, nhằm tạo ñiều kiện cho phản ứng diễn ra theo chiều thuận (tạo ra este). Có 2 phương pháp ñược lựa chọn khảo sát:
- Phương pháp 1: loại nước trực tiếp bằng bằng Na2SO4, lọc cặn vô cơ qua giấy lọc ñể thu ñược nguyên liệu sạch cho quá trình thu nhận vitamin E.
- Phương pháp 2: loại nước bằng cách hòa tan phụ phẩm trong dung môi n- hexan, phần nước ở phía dưới tách ra bằng phễu chiết. Phần phía trên hòa tan trong dung môi n-hexan ñược làm khô bằng Na2SO4, lọc cặn vô cơ qua giấy lọc, rồi cô kiệt dung môi ñể thu ñược nguyên liệu sạch cho quá trình thu nhận vitamin E.
3.5.2.2. Nghiên cứu công nghệ chiết tách các acid béo từ cặn khử mùi dầu ñậu tương ðể thu nhận vitamin E từ cặn khử mùi của quá trình chế biến dầu ñậu tương, trước hết cần chiết tách hỗn hợp các acid béo có trong ñó. Quá trình chiết tách hỗn hợp acid béo trải qua hai công ñoạn: etyl este hóa các acid béo trong cặn khử mùi dầu ñậu tương và chưng cất phân ñoạn chân không tách các etyl este thu ñược. a) Xác ñịnh các ñiều kiện công nghệ etyl este hóa các acid béo trong cặn khử mùi dầu ñậu tương
Một tiêu chí quan trọng cho việc lựa chọn các giá trị thích hợp của các yếu tố công nghệ là hiệu suất phản ứng etyl este.
Hiệu suất phản ứng etyl este hóa ñược xác ñịnh theo công thức: X1= (1- b/a) x 100 (%)
Trong ñó: X1: hiệu suất phản ứng etyl este hóa
a: chỉ số acid của cặn khử mùi ban ñầu (mgKOH/g)
b: chỉ số acid của hỗn hợp sau phản ứng etyl este hóa (mgKOH/g)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……… 31 Các chất xúc tác ñược lựa chọn khảo sát là: NaOH, KOH và acid H2SO4ñậm ñặc. Mỗi thí nghiệm ñược tiến hành lặp lại 3 lần với mỗi mẫu gồm: 100 g cặn khử mùi dầu ñậu tương (ñã ñược xử lý) ñược tiến hành etyl este hóa bằng etanol tuyệt ñối (99,5%) với các xúc tác nêu trên, khối lượng chất xúc tác bằng 0.8% khối lượng cặn khử mùi. ðiều kiện cho phản ứng etyl este hóa như sau: tỷ lệ etanol : cặn khử mùi là 2,5:1 (theo khối lượng); nhiệt ñộ phản ứng: 500C, thời gian phản ứng: 60 phút. Trong quá trình phản ứng, hỗn hợp phản ứng ñược khuấy trộn liên tục bằng khuấy từ. Khi phản ứng etyl este hóa kết thúc, hỗn hợp sản phẩm ñược ñem ñi ñuổi dung môi etanol trên thiết bị cô quay chân không. Sau ñó hỗn hợp ñược hòa tan trong etyl axetat ñể loại acid vô cơ bằng cách rửa với nước muối bão hòa và nước cho ñến pH= 7, rồi làm khan bằng Na2SO4. ðuổi kiệt dung môi etyl axetat trên thiết bị cô quay chân không sẽ thu ñược hỗn hợp sản phẩm của phản ứng etyl este hóa. Lấy mẫu từ hỗn hợp sản phẩm ñem ñi ñể xác ñịnh chỉ số acid, từ ñó tính ñược hiệu suất của phản ứng etyl este hóa, từñó lựa chọn xúc tác thích hợp nhất.
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ etanol : cặn khử mùi ñến phản ứng etyl este hóa
Tỷ lệ etanol : cặn khử mùi ñược khảo sát ở các mức: 2,0:1; 2,5:1; 3,0:1 và 3,5:1. Mỗi thí nghiệm ñược tiến hành lặp lại 3 lần với mỗi mẫu gồm: 100 g cặn khử mùi dầu ñậu tương (ñã ñược xử lý) với chất xúc tác ñược lựa chọn ở thí nghiệm trước. ðiều kiện cho phản ứng etyl este hóa như sau: nhiệt ñộ phản ứng: 500C, thời gian phản ứng: 60 phút. Trong quá trình phản ứng, hỗn hợp phản ứng ñược khuấy trộn liên tục bằng khuấy từ. Các bước tiến hành phản ứng etyl este hóa giống như thí nghiệm trước.
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt ñộñến phản ứng etyl este hóa
Nhiệt ñộ phản ứng ñược khảo sát là: 400C, 50, 600C, 700C và 800C. Mỗi thí nghiệm ñược tiến hành lặp lại 3 lần với mỗi mẫu gồm: 100 g cặn khử mùi dầu ñậu tương (ñã ñược xử lý) với chất xúc tác và tỷ lệ etanol : cặn khử mùi ñược lựa chọn ở các thí nghiệm trước. Thời gian phản ứng: 60 phút. Trong quá trình phản ứng, hỗn
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……… 32 hợp ñược khuấy trộn liên tục bằng máy khuấy từ. Các bước tiến hành phản ứng etyl este hóa giống như thí nghiệm trước.
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ñến phản ứng etyl este hóa cặn khử mùi
Thời gian phản ứng etyl este hóa cặn dầu ñậu tương ñược khảo sát ở các mức thời gian khác nhau: 40, 50, 60, 70 và 80 phút. Mỗi thí nghiệm ñược tiến hành lặp lại 3 lần với mỗi mẫu gồm: 100g cặn khử mùi dầu ñậu tương (ñã ñược xử lý) với chất xúc tác và các ñiều kiện: tỷ lệ etanol : cặn khử mùi, nhiệt ñộ phản ứng ñược lựa chọn ở các thí nghiệm trước. Trong quá trình phản ứng, hỗn hợp phản ứng ñược khuấy trộn liên tục bằng khuấy từ.
b. Xác ñịnh các ñiều kiện công nghệ cho quá trình chưng cất phân ñoạn chân không hỗn hợp các etyl este của các acid béo
Sau phản ứng etyl este hóa các acid béo có trong cặn khử mùi dầu ñậu tương cần tiến hành chưng cất phân ñoạn chân không ñể tách etyl este của các acid béo trong hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng. Quá trình chưng cất phân ñoạn chân không phụ thuộc nhiều vào hai yếu tố: loại thiết bị chưng cất (số ñĩa lý thuyết của cột tách ) và áp suất chân không.
Hiệu suất tách ñược tính theo công thức sau: X2 = %
Trong ñó:
X2: hiệu suất tách etyl este của các acid béo (%)
m1: khối lượng etyl este của các acid béo có trong hỗn hợp trước chưng cất (g) m2: khối lượng etyl este của các acid béo thu ñược từ quá trình chưng cất (g)
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của sốñĩa lý thuyết của cột tách ñến quá trình tách
các etyl este của các acid béo
Chúng tôi khảo sát chưng cất phân ñoạn chân không etyl este của các acid béo với sốñĩa lý thuyết của các cột tách phân ñoạn là 15 và 30 ñĩa, ñồng thời chưng cất không có cột tách (mẫu ñối chứng). Áp suất chân không là 5 mbar, nhiệt ñộ ñỉnh:
m2 x 100 m1
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……… 33 198 – 2250C. Mỗi thí nghiệm ñược tiến hành lặp lại 3 lần, mỗi mẫu 50 g hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng etyl este hóa cặn khử mùi dầu ñậu tương. Sản phẩm etyl este thu ñược từ quá trình chưng cất phân ñoạn chân không ñược ñem cân xác ñịnh khối lượng và tính hiệu suất tách.
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất chân không ñến quá trình tách các etyl este
của các acid béo
Áp suất chân không ñược tiến hành khảo sát ở các mức: 2, 5 và 10 mbar, nhiệt ñộñỉnh tùy thuộc vào từng mức áp suất. Sốñĩa lý thuyết của thiết bị chưng cất ñược lựa chọn ở thí nghiệm trước. Mỗi thí nghiệm ñược tiến hành lặp lại 3 lần, mỗi mẫu 50 g hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng etyl este hóa cặn khử mùi dầu ñậu tương. Sản phẩm etyl este thu ñược từ quá trình chưng cất phân ñoạn chân không ñược ñem cân xác ñịnh khối lượng và tính hiệu suất tách.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……… 34
3.5.2.3. Nghiên cứu công nghệ thu nhận và tinh chế vitamin E
a. Nghiên cứu tách phytosterol ñể thu nhận vitamin E thô
+ Lựa chọn dung môi kết tinh phytosterol thích hợp
Dung môi kết tinh ñóng vai trò quan trọng trong quá trình kết tinh phytosterol nói riêng và kết tinh các hợp chất hữu cơ nói chung. Các dung môi ñược lựa chọn ñể kết tinh phytosterol là: metanol, etanol và axeton. Mỗi thí nghiệm ñược tiến hành lặp lại 3 lần, mỗi mẫu 10 g sản phẩm sau khi tách etyl este của các acid béo, ñược hòa trong etanol với lượng tối thiểu ñủ hòa tan thành dịch lỏng ñồng nhất ở nhiệt ñộ 450C, rồi làm nguội ñến nhiệt ñộ 50C, ñể yên ở nhiệt ñộ này trong khoảng 1 giờñể tinh thể phytosterol ñược kết tinh bền vững. Sau ñó tiến hành ly tâm tách phần chất kết tinh ra. Quá trình kết tinh phytosterol ñược lặp lại như vậy thêm 1 lần nữa. Gộp tinh thể phytosterol thu ñược từ 2 lần kết tinh ñem cân và tính hiệu suất tách phytosterol theo công thức:
X3 = %
Trong ñó:
X3: hiệu suất tách phytosterol (%)
m3: khối lượng phytosterol có trong sản phẩm sau khi tách etyl este (g) m4: khối lượng phytosterol thu ñược từ quá trình kết tinh (g)
+ Xác ñịnh số lần kết tinh phytosterol thích hợp
Quá trình kết tinh cần lặp ñi lặp lại vì vậy cần xác ñịnh số lần kết tinh thích hợp cho từng loại chất cần kết tinh. Chúng tôi tiến hành khảo sát số lần kết tinh phytosterol 1 – 4 lần với loại dung môi kết tinh ñược lựa chọn ở thí nghiệm trước. b. Nghiên cứu công nghệ tinh chế vitamin E
Có nhiều phương pháp tinh chế vitamin E nhưng phương pháp thường ñược hay sử dụng là phương pháp kết tinh lạnh với hệ dung môi thích hợp. Các yếu tố ñược tiến hành khảo sát là: hệ dung môi, tỉ lệ dung môi : vitamin E thô, nhiệt ñộ và thời gian.
m4 x 100 m3
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……… 35 Hiệu suất tinh chế vitamin E ñược tính toán dựa trên công thức sau:
X4 = %
Trong ñó:
X4: hiệu suất tinh chế vitamin E (%)
m5: khối lượng vitamin E thô thu ñược sau khi tách phytosterol (g)
m6: khối lượng vitamin E tinh thu ñược từ quá trình tinh chế vitamin E (g)
+ Lựa chọn hệ dung môi cho quá trình tinh chế vitamin E
Các hệ dung môi ñược lựa chọn cho việc khảo sát tinh chế vitamin E là: - HDM1: n-hexan : etyl acetat : etanol: 9:2:1
- HDM2: n-hexan : etyl acetat : etanol: 10:1:1 - HDM3: n-hexan : aceton : etanol: 9:2:1 - HDM4: n-hexan : aceton : etanol: 10:1:1 - HDM5: n-hexan : aceton : etanol (96%): 9:2:1 - HDM6: n-hexan: aceton: 2:1.
Mỗi thí nghiệm ñược tiến hành 03 lần, mỗi mẫu 5 g vitamin E thô với từng hệ dung môi, tỉ lệ dung môi : vitamin E thô (v/w) là 4:1. Vitamin E thô ñược hòa tan hệ dung môi trên ở nhiệt ñộ khoảng 500C nhiệt ñến nhiệt ñộ sôi ñể có ñược dịch lỏng ñồng nhất, rồi ñể nguội từ từñến nhiệt ñộ phòng, sau ñó cho vào tủñông lạnh ở nhiệt ñộ - 100C trong thời gian 10 giờ. Chất rắn kết tinh ñược lọc loại ra, phần dịch lỏng ñược cô ñuổi kiệt dung môi ñể thu sản phẩm vitamin E tinh khiết. ðem cân và xác ñịnh ñộ tinh khiết.
+ Xác ñịnh tỷ lệ dung môi : vitamin E thô (v/w) thích hợp cho quá trình tinh chế
vitamin E
Tỷ lệ dung môi : vitamin E thô ñược khảo sát ở các mức: 3:1; 3,5:1; 4:1; 4,5:1 và 5:1. Mỗi thí nghiệm ñược tiến hành 03 lần, mỗi mẫu 5 g vitamin E thô với hệ dung
m6 x 100 m5
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……… 36 môi ñược lựa chọn ở thí nghiệm trước. Cách thức tiến hành thí nghiệm giống như thí nghiệm lựa chọn dung môi.
+ Xác ñịnh nhiệt ñộ kết tinh thích hợp cho quá trình tinh chế vitamin E
Nhiệt ñộ kết tinh ñược khảo sát ở các mức -200C, -150C, -100C, -50C và 00C. Mỗi thí nghiệm ñược tiến hành 03 lần, mỗi mẫu 5 g vitamin E thô với hệ dung môi và tỷ lệ dung môi : vitamin E thô ñược lựa chọn ở các thí nghiệm trước. Cách thức tiến hành thí nghiệm giống như thí nghiệm lựa chọn dung môi.
+ Xác ñịnh thời gian kết tinh thích hợpcho quá trình tinh chế vitamin E
ðể nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian kết tinh ñến quá trình tinh chế vitamin E, chúng tôi tiến hành khảo sát các mức thời gian kết tinh khác nhau: 6, 8, 10, 12 giờ. Mỗi thí nghiệm ñược tiến hành 03 lần, mỗi mẫu 5 g vitamin E thô với hệ dung môi, tỷ lệ dung môi : vitamin E thô, nhiệt ñộ kết tinh ñược lựa chọn ở các thí nghiệm trước. Cách thức tiến hành thí nghiệm giống như thí nghiệm lựa chọn dung môi.