Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6, vitamin E, phytosterol từ cặn khử mùi dầu đậu tương

Chia sẻ: Co Ti Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:184

Thêm vào BST

Báo xấu

74
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án là: Nghiên cứu quy trình công nghệ thu nhận đồng thời hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6, vitamin E, phytosterol từ cặn khử mùi dầu đậu tương.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6, vitamin E, phytosterol từ cặn khử mùi dầu đậu tương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM -----    ----- VŨ ĐỨC CHIẾN “NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HỖN HỢP AXÍT BÉO OMEGA 3 VÀ OMEGA 6, VITAMIN E, PHYTOSTEROL TỪ CẶN KHỬ MÙI DẦU ĐẬU TƯƠNG” LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM -----    ----- VŨ ĐỨC CHIẾN ““NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HỖN HỢP AXÍT BÉO OMEGA 3 VÀ OMEGA 6, VITAMIN E, PHYTOSTEROL TỪ CẶN KHỬ MÙI DẦU ĐẬU TƯƠNG” Chuyên ngành: Chế biến thực phẩm và đồ uống Mã số: 62.54.02.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS. BÙI QUANG THUẬT 2. GS. TS. PHẠM QUỐC LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2016
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đây là công trình nghiên cứu của tôi và một số kết quả cùng cộng tác với các cộng sự khác; Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, một phần đã được công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý và cho phép của các đồng tác giả; Phần còn lại chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả Vũ Đức Chiến
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Bùi Quang Thuật, Viện Công nghiệp thực phẩm; GS. TS. Phạm Quốc Long, Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam - là những người thầy đã định hướng, truyền dạy những kiến thức khoa học và giúp đỡ tôi vượt qua những trở ngại và khó khăn trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tôi trân trọng cảm ơn Đảng ủy, Lãnh đạo Viện Công nghiệp thực phẩm, các Trung tâm, Bộ môn nghiên cứu, các phòng ban đơn vị trong Viện, đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất và giúp tôi hoàn thành mọi thủ tục cần thiết trong quá trình làm nghiên cứu. Bên cạnh đó, tôi cũng đã nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của các cô chú, anh chị, các bạn đồng nghiệp đã và đang làm việc tại Trung tâm Dầu, Hương liệu và Phụ gia thực phẩm. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ quý báu đó. Luận án được thực hiện trong khuôn khổ đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất các axit béo không thay thế và vitamin E từ phụ phẩm chế biến dầu thực vật”, mã số: CNHD.ĐT.027/11-13 thuộc chương trình KH&CN trọng điểm Quốc gia phát triển công nghệ hóa dược đến năm 2020. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân đã luôn ở bên cạnh chia sẻ, động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án của mình. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả Vũ Đức Chiến
MỤC LỤC Trang KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC BẢNG ii DANH MỤC SƠ ĐỒ vi DANH MỤC ĐỒ THỊ vii DANH MỤC HÌNH ix MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của luận án 1 2. Mục tiêu của luận án 3 3. Phạm vi nghiên cứu 3 4. Nội dung của luận án 3 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 3 5.1. Ý nghĩa khoa học 3 5.2. Ý nghĩa thực tế 4 6. Tính mới của luận án 4 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5 1.1. Tình hình sản xuất, tiêu thụ dầu đậu tương trong nước và thế giới 5 1.2. Phụ phẩm chế biến dầu thực vật 7 1.3. Axít béo omega 3 và omega 6 11 1.3.1. Giới thiệu chung 11 1.3.2. Tác dụng của axit béo omega-3 và omega-6 12 1.3.3. Một số axit béo omega-3 và omega 6 điển hình 14 1.3.3.1. Axit -linoleic 14 1.3.3.2. Axit Eicosapentanoic 15 1.3.3.3. Axit Docosapentanoic 17 1.3.3.4. Axit Linoleic 18 1.3.3.5. Axit gamma linolenic 19 1.3.3.6. Axit Arachidonic 21 1.4. Vitamin E 22 1.4.1. Giới thiệu về vitamin E 22 1.4.2. Tác dụng của vitamin E 25
1.5. Phytosterol 28 1.5.1. Giới thiệu về phytosterol 28 1.5.2. Vai trò của các phytosterol 30 Phương pháp thu nhận hỗn hợp axít béo omega 3 và omega 32 1.6. 6, vitamin E và phytosterol từ cặn khử mùi dầu thực vật 1.6.1. Giới thiệu chung về cặn khử mùi dầu đậu tương 32 1.6.2. Phương pháp thu nhận hỗn hợp axít béo omega 3 và omega 6 34 1.6.2.1. Phương pháp tạo phức với urê 35 1.6.2.2. Phương pháp kết tinh phân đoạn ở nhiệt độ thấp 39 1.6.2.3. Phương pháp chưng cất phân tử 40 1.6.2.4. Các phương pháp khác và phương pháp kết hợp 40 Phương pháp thu nhận phytosterol từ cặn khử mùi dầu đậu 1.6.3. 41 tương Phương pháp thu nhận vitamin E từ cặn khử mùi dầu đậu 1.6.4. 44 tương Tình hình nghiên cứu trong nước liên quan đến luận án và 1.6.5. 49 định hướng nghiên cứu của luận án nghiên cứu sinh 1.6.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nước liên quan đến luận án 49 1.6.5.2. Định hướng nghiên cứu của luận án nghiên cứu sinh 51 CHƯƠNG II. NGUYÊN VẬT LIỆU, NỘI DUNG 54 VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1. Nguyên liệu, hoá chất và thiết bị 54 2.1.1. Nguyên liệu 54 2.1.2. Hóa chất 54 2.1.3. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 55 2.2. Phương pháp nghiên cứu 55 2.2.1. Phương pháp phân tích 55 2.2.1.1. Xác định độ ẩm của nguyên liệu bằng phương pháp cất cuốn (theo 55 DĐVN IV 4–2009) 2.2.1.2. Xác định chỉ số axit theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 56 6127:2010 2.2.1.3. Xác định chỉ số este theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 56 8453:2010 2.2.1.4. Xác định chỉ số peroxyt theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 56 6121:2010
2.2.1.5. Xác định thành phần axít béo theo phương pháp AOCS Ce1e- 56 91 2.2.1.6. Xác định hàm lượng vitamin E tổng bằng phương pháp so màu 56 2.2.1.7. Phân tích hàm lượng vitamin E theo Dược điển Việt Nam 56 2.2.1.8. Phân tích phytosterol bằng GC-MS 57 2.2.1.9. Phân tích xác định mùi, màu sắc và độ trong dầu thực vật theo 58 TCVN 2627:1993 2.2.1.10 Phân tích chỉ tiêu vi sinh theo TCVN 58 2.2.1.11 Phương pháp định tính urê trong sản phẩm hỗn hợp omega-3 và 58 omega-6 (28 TCN 184 : 2003) 2.2.1.12 Phân tích kim loại nặng 58 2.2.1.13 Phân tích dư lượng n-hexan theo TCVN 6760:2000 59 2.3.2. Phương pháp công nghệ 59 2.3.2.1. Nghiên cứu xử lý cặn khử mùi dầu đậu tương 59 2.3.2.2. Nghiên cứu công nghệ thu nhận hỗn hợp axit béo từ cặn khử 59 mùi dầu đậu tương 2.3.2.3. Nghiên cứu công nghệ làm giàu hỗn hợp axit béo omega 3 & 64 omega 6 2.3.2.4. Nghiên cứu công nghệ tách phytosterol 65 2.3.2.5. Nghiên cứu công nghệ tinh chế vitamin E 66 2.3.3. Hoàn thiện công nghệ và sản xuất thử nghiệm các sản phẩm 67 hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6, phytosterol, vitamin E trên dây chuyền thiết bị pilot quy mô 80kg nguyên liệu/mẻ 2.3.4. Phương pháp xử lý số liệu 70 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 71 3.1. Nghiên cứu lựa chọn và xử lý nguồn phụ phẩm chế biến dầu 71 thực vật cho mục đích thu nhận hỗn hợp các axít béo omega-3 & omega-6, phytosterol và vitamin E 3.1.1. Nghiên cứu lựa chọn nguồn phụ phẩm chế biến dầu thực vật 71 cho mục đích thu nhận hỗn hợp các axít béo omega-3 & omega-6, phytosterol và vitamin E 3.1.2. Nghiên cứu xử lý cặn khử mùi dầu đậu tương cho mục đích 73 thu nhận hỗn hợp các axít béo omega-3 & omega-6, phytosterol và vitamin E 3.2. Nghiên cứu công nghệ thu nhận hỗn hợp axit béo từ cặn 77 khử mùi dầu đậu tương
3.2.1. Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thu nhận hỗn hợp axit 77 béo từ cặn khử mùi dầu đậu tương 3.2.2. Nghiên cứu lựa chọn chất xúc tác cho quá trình etyl este hoá 78 3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ H2SO4 đến quá trình etyl 80 este hoá 3.2.4. Nghiên cứu xác định các điều kiện thích hợp cho phản ứng 81 etyl este hoá các axit béo trong cặn khử mùi dầu đậu tương 3.2.4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ etanol/các axit béo đến quá 81 trình etyl este hoá 3.2.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình etyl este hoá 82 3.2.4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến quá trình etyl este hoá 83 3.2.5. Nghiên cứu công nghệ chưng cất phân đoạn chân không các 85 etyl este của các axit béo 3.2.5.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của số đĩa lý thuyết của cột phân đoạn 85 đến quá trình chưng cất các etyl este của các axit béo 3.2.5.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất chân không đến quá trình 87 chưng cất các etyl este của các axit béo 3.2.6. Nghiên cứu công nghệ thuỷ phân hỗn hợp etyl este của các 88 axit béo 3.2.6.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ dung dịch NaOH 2N/hỗn hợp 89 etyl este đến quá trình thuỷ phân hỗn hợp etyl este của các axit béo 3.2.6.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thuỷ phân đến 90 quá trình thuỷ phân hỗn hợp etyl este của các axit béo 3.3. Nghiên cứu công nghệ làm giàu hỗn hợp axit béo omega 3 & 91 omega 6 3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ urê/hỗn hợp axít béo thích 93 hợp cho quá trình làm giàu hỗn hợp omega 3 và omega 6 3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ etanol/hỗn hợp axít béo đến 94 quá trình làm giàu hỗn hợp omega 3 và omega 6 3.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tạo phức đến quá trình 95 làm giàu hỗn hợp omega 3 và omega 6 3.3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tạo phức đến quá trình 97 làm giàu hỗn hợp omega 3 và omega 6 3.4. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất hỗn hợp axit béo 99 omega 3 và omega 6 từ cặn khử mùi dầu đậu tương
3.5. Nghiên cứu công nghệ tách phytosterol 103 3.5.1. Nghiên cứu lựa chọn dung môi kết tinh phytosterol 103 3.5.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/hỗn hợp sản phẩm 104 đến quá trình tách phytosterol 3.5.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ kết tinh đến quá trình 105 tách phytosterol 3.5.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian kết tinh đến quá trình 106 tách phytosterol 3.5.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của số lần kết tinh đến quá trình tách 107 phytosterol 3.6. Nghiên cứu công nghệ tinh chế vitamin E 109 3.6.1. Tinh chế vitamin E bằng phương pháp trích ly lỏng - lỏng với 109 hệ dung môi chọn lọc 3.6.1.1. Nghiên cứu lựa chọn hệ dung môi để tinh chế vitamin E thô 109 3.6.1.2. Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ dung môi/vitamin E thô 110 3.6.1.3. Nghiên cứu xác định số lần trích ly thích hợp 111 3.6.2. Nghiên cứu xác định nhiệt độ kết tinh lạnh 112 3.6.3. Nghiên cứu lựa chọn hệ dung môi rửa giải cho quá trình tinh 114 chế viatamin E bằng phương pháp sắc ký cột 3.7. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất phytosterol và 117 vitamin E từ cặn khử mùi dầu đậu tương 3.8. Nghiên cứu phân tích và đánh giá chất lượng các sản phẩm 121 3.8.1. Phân tích và đánh giá chất lượng sản phẩm hỗn hợp axít béo 121 omega 3 và omega 6 3.8.2. Phân tích và đánh giá chất lượng sản phẩm vitamin E 123 3.8.3. Phân tích và đánh giá chất lượng sản phẩm phytosterol 125 3.9. Nghiên cứu phương pháp bảo quản các sản phẩm 127 3.9.1. Nghiên cứu phương pháp bảo quản sản phẩm hỗn hợp axit 127 béo omega 3 và omega 6 3.9.1.1. Nghiên cứu lựa chọn chất chống ôxi hoá để bảo quản sản phẩm 128 hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6 3.9.1.2. Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ sử dụng vitamin E cho việc bảo quản 129 sản phẩm hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6 3.9.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản đến chất lượng 131 hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6 3.9.2. Nghiên cứu phương pháp bảo quản sản phẩm phytosterol và 131
vitamin E 3.10. Thử độ ổn định của các sản phẩm hỗn hợp axit béo omega-3 132 và omega-6 3.10.1 Các chỉ tiêu cảm quan 133 3.10.2 Các chỉ tiêu hóa lý 133 3.10.3 Các chỉ tiêu vi sinh 136 3.11. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và sản xuất thử nghiệm 138 các sản phẩm hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6, phytosterol, vitamin E trên dây chuyền thiết bị pilot, ứng dụng chúng để sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm 3.11.1. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và sản xuất thử nghiệm các 138 sản phẩm hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6, phytosterol, vitamin E trên dây chuyền thiết bị pilot quy mô 80kg nguyên liệu/mẻ 3.11.1.1. Hiệu chỉnh các điều kiện công nghệ và thông số kỹ thuật 139 3.11.1.2. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất đồng thời hỗn hợp axit 140 béo omega 3 và omega 6, phytosterol, vitamin E từ cặn khử mùi dầu đậu tương ở quy mô pilot (80kg nguyên liệu/mẻ) 3.11.1.3. Kết quả sản xuất thử nghiệm hỗn hợp axit béo omega 3 và 146 omega 6, phytosterol, vitamin E từ cặn khử mùi dầu đậu tương 3.11.2 Ứng dụng các sản phẩm của luận án vào thực tế sản xuất 147 CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 149 4.1 Kết luận 149 4.2 Kiến nghị 150 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 151 TÀI LIỆU THAM KHẢO 152 PHỤ LỤC 165
i KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AOAC: Association of Official Agricultural Chemists BHA: Butylated Hydroxyanisole BHT: Butylated hydroxytoluene DM: Dung môi FAO: Tổ Chức Lương Nông thế giới GC: Sắc ký khí GC-MS: Sắc ký khí khối phổ HDM: Hệ dung môi HIV: là loại virus làm suy giảm miễn dịch ở người HPLC: Sắc ký lỏng cao áp KPH: Không phát hiện NL: Nguyên liệu PG: propylene glycol PP: Phương pháp TBHQ: Tertiary butylhydroquinone TCN: Tiêu chuẩn ngành TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TK: độ tinh khiết TL: Trích ly TLC: Sắc ký bản mỏng TPCN: Thực phẩm chức năng TT: Thứ tự SP: Sản phẩm SX: Sản xuất SXTN: Sản xuất thử nghiệm USD: đô la Mỹ USDA: Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ VN: Việt Nam VSV: Vi sinh vật VTM E: Vitamin E
ii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Dự báo cung cầu dầu đậu tương thế giới niên vụ 2015 - 2016 ..... 5 Bảng 1.2. Sản lượng dầu đậu tương trong nước ............................................. 6 Bảng 1.3. Xuất khẩu dầu đậu tương thô của Việt Nam vào các quốc gia ...... 6 Bảng 1.4. Tình hình xuất khẩu dầu đậu tương tinh chế của Việt Nam........... 7 Bảng 1.5. Thành phần cặn xà phòng của quá trình tinh chế một số loại dầu thực vật ........................................................................................................... 10 Bảng 1.6. Thành phần cặn khử mùi của quá trình tinh chế một số loại dầu thực vật .................................................................................................................... 11 Bảng 1.7. Hàm lượng vitamin E trong một số loại dầu thực vật .................... 24 Bảng 2.1. Danh sách các thiết bị của dây chuyền thiết bị pilot sản xuất hỗn hợp axit béo omega 3 & omega 6, phytosterol và vitamin E từ cặn khử mùi dầu đậu tương quy mô 80kg nguyên liệu/mẻ.................................................. 68 Bảng 3.1. Các thành phần chính trong cặn xà phòng trong quá trình tinh chế một số loại dầu thực vật ở Việt Nam........................................................ 71 Bảng 3.2. Các thành phần chính trong cặn khử mùi trong quá trình tinh chế một số loại dầu thực vật ở Việt Nam .............................................................. 72 Bảng 3.3. Kết quả xử lý cặn khử mùi dầu đậu tương ..................................... 73 Bảng 3.4. Chỉ số hóa lý và thành phần hóa học của cặn khử mùi dầu đậu tương sau khi xử lý.......................................................................................... 74 Bảng 3.5. Thành phần các axit béo của cặn khử mùi dầu đậu tương sau khi xử lý................................................................................................................. 75 Bảng 3.6. Các dạng tocopherol (VTM E) trong cặn khử mùi dầu đậu tương sau khi xử lý .................................................................................................... 75 Bảng 3.7. Các dạng phytosterol trong cặn khử mùi dầu đậu tương sau khi xử lý...................................................................................................................... 76 Bảng 3.8. Kết quả lựa chọn phương pháp thu nhận hỗn hợp axit béo từ cặn khử mùi dầu đậu tương.................................................................................... 78
iii Bảng 3.9. Ảnh hưởng của chất xúc tác đến quá trình etyl este hoá cặn khử Mùi dầu đậu tương .......................................................................................... 79 Bảng 3.10. Ảnh hưởng của tỷ lệ H2SO4 đến quá trình etyl este hoá............... 80 Bảng 3.11. Ảnh hưởng của tỷ lệ etanol/các axit béo đến quá trình etyl este hoá ................................................................................................................... 82 Bảng 3.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến quá trình etyl este hoá .... 83 Bảng 3.13. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình etyl este hoá... 84 Bảng 3.14. Ảnh hưởng của số đĩa lý thuyết của cột phân đoạn đến quá trình chưng cất các etyl este của các axit béo.......................................................... 86 Bảng 3.15. Ảnh hưởng của áp suất chân không đến quá trình chưng cất các etyl este của các axit béo ................................................................................. 87 Bảng 3.16. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung dịch NaOH 2N/hỗn hợp etyl este đến quá trình thuỷ phân.......................................................................................... 89 Bảng 3.17. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thủy phân đến quá trình thuỷ phân ................................................................................................................. 90 Bảng 3.18. Ảnh hưởng của tỷ lệ urê/hỗn hợp axít béo đến quá trình làm giàu hỗn hợp omega 3 và omega 6.......................................................................... 93 Bảng 3.19. Ảnh hưởng của tỷ lệ etanol 85%/hỗn hợp axít béo đến quá trình làm giàu hỗn hợp omega 3 và omega 6........................................................... 95 Bảng 3.20. Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo phức đến quá trình làm giàu hỗn hợp omega 3 và omega 6........................................................................................ 96 Bảng 3.21. Ảnh hưởng của thời gian tạo phức đến quá trình làm giàu hỗn hợp omega 3 và omega 6........................................................................................ 97 Bảng 3.22. Kết quả lựa chọn dung môi kết tinh phytosterol .......................... 104 Bảng 3.23. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/hỗn hợp sản phẩm đến quá trình tách phytosterol ............................................................................................... 104 Bảng 3.24. Ảnh hưởng của nhiệt độ kết tinh đến quá trình tách phytosterol . 106 Bảng 3.25. Ảnh hưởng của thời gian kết tinh hiệu suất kết tinh phytosterol . 107 Bảng 3.26. Ảnh hưởng số lần kết tinh đến quá trình tách phytosterol............ 108
iv Bảng 3.27. Kết quả lựa chọn hệ dung môi cho tinh chế vitamin E thô .......... 110 Bảng 3.28. Kết quả lựa chọn tỷ lệ dung môi/vitamin E thô............................ 111 Bảng 3.29. Kết quả xác định số lần trích ly thích hợp.................................... 112 Bảng 3.30. Kết quả xác định nhiệt độ kết tinh lạnh phytosterol..................... 113 Bảng 3.31. Kết quả lựa chọn hệ dung môi rửa giải tinh chế vitamin E bằng sắc ký cột ......................................................................................................... 116 Bảng 3.32. Kết quả phân tích các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý và an toàn thực phẩm của sản phẩm hỗn hợp axit béo omega-3 & omega-6........................... 121 Bảng 3.33. Kết quả phân tích thành phần axit béo của sản phẩm hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6 ................................................................................. 122 Bảng 3.34. Kết quả phân tích các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý và an toàn thực phẩm của sản phẩm vitamin E ........................................................................ 123 Bảng 3.35. Kết quả phân tích hàm lượng và thành phần tocopherol.............. 124 Bảng 3.36. Kết quả phân tích các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý và an toàn thực phẩm của sản phẩm phytosterol ...................................................................... 125 Bảng 3.37. Kết quả phân tích hàm lượng và thành phần phytosterol............. 126 Bảng 3.38. Ảnh hưởng của các chất chống ôxi hoá đến chất lượng sản phẩm hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6................................................................... 128 Bảng 3.39. Ảnh hưởng của tỷ lệ sử dụng vitamin E đến chất lượng hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6 ................................................................................. 130 Bảng 3.40. Ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản đến chất lượng hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6........................................................................................ 131 Bảng 3.41. Yêu cầu chất lượng của hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6 .. 133 Bảng 3.42. Kết quả phân tích độ ẩm của sản phẩm hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6 ........................................................................................................... 134 Bảng 3.43. Kết quả phân tích chỉ số peroxyt của sản phẩm hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6........................................................................................ 135 Bảng 3.44. Hàm lượng các axít béo omega 3 và omega 6 trong sản phẩm hỗn hợp axít béo không thay thế ............................................................................ 135
v Bảng 3.45. Kết quả phân tích các chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6........................................................................................ 136 Bảng 3.46. Kết quả tổng hợp các mẻ sản xuất thử nghiệm sản phẩm hỗn hợp axit béo omega-3 & omega-6, phytosterol và vitamin E ....................................... 146
vi DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1. Sơ đồ qui trình tổng quát tinh chế dầu thực vật............................. 8 Sơ đồ 1.2. Sự chuyển hóa của axít béo omega-3 đơn giản -linolenic thành các axít béo omega-3 giá trị hơn DHA và DPA trong cơ thể con người........ 14 Sơ đồ 1.3. Sơ đồ công nghệ làm giàu hỗn hợp axit béo không no đa nối đôi từ một số dầu thực vật bằng phương pháp tạo phức với urê ............................... 39 Sơ đồ 1.4. Lược đồ tóm tắt các phương pháp chiết tách vitamin E............... 45 Sơ đồ 1.5. Giản đồ thu nhận đồng thời hỗn hợp axit béo omega 3 & omega 6, phytosterol và vitamin E từ cặn khử mùi dầu đậu tương................................ 53 Sơ đồ 2.1. Quy trình công nghệ thu nhận hỗn hợp axit béo, phytosterol và vitamin E bằng phương pháp etyl este hóa ..................................................... 61 Sơ đồ 2.2. Quy trình công nghệ thu nhận hỗn hợp axit béo, phytosterol và vitamin E bằng phương pháp xà phòng hóa.................................................... 62 Sơ đồ 3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6 từ cặn khử mùi dầu đậu tương ..................................................... 102 Sơ đồ 3.2. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất phytosterol và vitamin E từ cặn khử mùi dầu đậu tương............................................................................. 120 Sơ đồ 3.3. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất thử nghiệm hỗn hợp axit béo omega 3 và omega 6, phytosterol, vitamin E từ cặn khử mùi dầu đậu tương ở quy mô pilot (80kg nguyên liệu/mẻ) ................................................. 145
vii DANH MỤC ĐỒ THỊ Đồ thị 3.1. Ảnh hưởng của chất xúc tác đến quá trình etyl este hóa cặn khử mùi dầu đậu tương.................................................................................... 79 Đồ thị 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ H2SO4 đến quá trình etyl este hóa............... 81 Đồ thị 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ EtOH/axit béo đến quá trình etyl este hóa .. 82 Đồ thị 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến quá trình etyl este hóa..... 83 Đồ thị 3.5. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình etyl este hóa ... 84 Đồ thị 3.6. Ảnh hưởng của số đĩa lý thuyết của cột phân đoạn đến quá trình chưng cất các etyl este của axit béo ................................................................ 87 Đồ thị 3.7. Ảnh hưởng của áp suất chân không đến quá trình chưng cất các etyl este của axit béo ....................................................................................... 88 Đồ thị 3.8. Ảnh hưởng của tỷ lệ NaOH 2N/hỗn hợp etyl este của các axit béo đến quá trình thủy phân................................................................................... 90 Đồ thị 3.9. Ảnh hưởng của tỷ lệ urê/hỗn hợp axit béo đến quá trình làm giàu hỗn hợp omega -3 và omega -6....................................................................... 93 Đồ thị 3.10. Ảnh hưởng của tỷ lệ EtOH/hỗn hợp axit béo đến quá trình làm giàu hỗn hợp omega -3 và omega -6 ............................................................... 95 Đồ thị 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo phức đến quá trình làm giàu hỗn hợp omega -3 và omega -6 ..................................................................................... 97 Đồ thị 3.12. Ảnh hưởng của thời gian tạo phức đến quá trình làm giàu hỗn hợp omega -3 và omega -6 ..................................................................................... 98 Đồ thị 3.13. Ảnh hưởng của tỷ lệ DM/hỗn hợp sản phẩm đến quá trình tách phytosterol ....................................................................................................... 105 Đồ thị 3.14. Ảnh hưởng nhiệt độ kết tinh đến quá trình tách phytosterol ...... 106 Đồ thị 3.15. Ảnh hưởng thời gian kết tinh đến hiệu suất tách phytosterol ..... 107 Đồ thị 3.16. Ảnh hưởng số lần kết tinh đến quá trình tách phytosterol.......... 108 Đồ thị 3.17. Lựa chọn hệ dung môi cho tinh chế vitamin E ........................... 110 Đồ thị 3.18. Kết quả lựa chọn tỷ lệ DM/vitamin E thô................................... 111
viii Đồ thị 3.19. Kết quả xác định số lần trích ly thích hợp .................................. 112 Đồ thị 3.20. Kết quả xác định nhiệt độ kết tinh lạnh phytosterol ................... 113
ix DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Axit -linolenic............................................................................... 15 Hình 1.2. Axit eicosapentanoic ....................................................................... 16 Hình 1.3. Axit docosahexaenoic ..................................................................... 18 Hình 1.4. Axit linoleic..................................................................................... 19 Hình 1.5. Axit gamma linolenic...................................................................... 20 Hình 1.6. Axit arachidonic .............................................................................. 21 Hình 1.7. Công thức cấu tạo của các dạng đồng phân Vitamin E .................. 23 Hình 1.8. Cấu trúc của một số phytosterol tiêu biểu....................................... 28 Hình 1.9. Tạo phức urê với hỗn hợp axit béo ................................................. 37 Hình 1.10. Thiết bị chưng cất phân tử với wipe-film ..................................... 46 Hình 1.11. Thiết bị chưng cất short-path distillation ...................................... 47 Hình 3.1. TLC lựa chọn hệ dung môi rửa giải cho tinh chế vitamin E........... 115 Hình 3.2. Sắc ký đồ phân tích sản phẩm vitamin E .............................................. 124 Hình 3.3. Sắc ký đồ phân tích sản phẩm phytosterol...................................... 126 Hình 3.4. Sắc ký đồ phân tích sản phẩm hỗn hợp axít béo không thay thế sau 22 tháng lưu giữ .............................................................................................. 136
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Trong nhiều thập niên gần đây, ngành sản xuất dầu thực vật là một trong những ngành có xu hướng phát triển cao nhất của nông nghiệp toàn cầu với tốc độ tăng trưởng sản lượng trung bình hàng năm đạt 2,6% đối với dầu và 2,3% đối với khô dầu. Dầu thô thu nhận được từ thực vật bằng phương pháp ép hoặc trích ly vẫn chưa sử dụng được trong công nghiệp thực phẩm vì nó còn lẫn nhiều tạp chất. Mặc dù, lượng tạp chất này có trong dầu không nhiều nhưng nó ảnh hưởng lớn đến chất lượng và quá trình bảo quản dầu. Do vậy, dầu thô cần được tinh chế trước khi sử dụng. Trong quá trình tinh chế dầu chúng ta sẽ thu được hai loại phụ phẩm chính là cặn xà phòng (trong công đoạn trung hòa) và cặn khử mùi (trong công đoạn khử mùi bằng phương pháp chưng cất chân không). Các quá trình tinh chế này không chỉ loại đi các tạp chất không mong muốn còn mất đi một lượng không nhỏ các thành phần dinh dưỡng như: các axit béo, vitamin E, phytosterol,... đã bị kéo theo trong cặn khử mùi, cặn xà phòng. Theo thống kê, tổng sản lượng dầu thực vật chính của thế giới trong năm 2013 khoảng 160 triệu tấn thì chỉ tính riêng cặn khử mùi (thải ra trong quá trình tinh chế) khoảng 0,5 triệu tấn. Với một khối lượng quá lớn và có nhiều thành phần có giá trị như vậy nên trong thời gian gần đây, nguồn phụ phẩm chế biến dầu đã trở thành đối tượng nghiên cứu của hàng loạt các công trình nghiên cứu trên thế giới và trở thành nguồn nguyên liệu quý cho sản xuất nhiều loại sản phẩm. Một trong những hướng nghiên cứu và sản xuất chính hiện nay về nguồn nguyên liệu này là tạo ra các hoạt chất sinh học tự nhiên để ứng dụng trong sản xuất sản phẩm thực phẩm chức năng, mỹ phẩm và dược phẩm bởi vì việc sử dụng cặn khử mùi làm nguyên liệu sản xuất vitamin E, hỗn hợp axit béo omega 3 & omega 6 và phytosterol không những làm giảm giá thành các sản phẩm này mà còn giảm được giá thành dầu thực vật tinh chế, đồng thời giải quyết được vấn đề môi trường.