Tóm tắt luận án Tiến sĩ Hóa hữu cơ: 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

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 cơ

Mã số: 9 44 01 14

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỮU CƠ

TP.HCM – 2021

Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện

Hàn lâm Khoa học và 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 sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học

viện, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và

Công nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 2021….

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

1

MỞ ĐẦU

Hiện nay, nghề nuôi cá đặc biệt là cá basa, cá tra (catfish)

phát triển mạnh ở khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long, đáp ứng được

nhu cầu tiêu thụ trong nước và làm nguyên liệu cho chế biến xuất

khẩu, thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp thủy sản Việt

Nam. Tuy nhiên, cá basa, cá tra chủ yếu được sử dụng phần thịt (phile)

cho xuất khẩu và loại mỡ nguyên sinh cho thị trường trong nước. Các

phụ phẩm của qui trình chế biến như: đầu, xương, mỡ, da...chưa được

tận dụng một cách hiệu quả. Dạng phụ phẩm này từ trước đến nay

được dùng làm phân bón hoặc thức ăn gia súc. Nếu không có biện

pháp xử lý phù hợp thì không chỉ lãng phí nguồn dinh dưỡng chứa

trong đó, mà còn trở thành nguồn gây ô nhiễm cho môi trường.

Trong vài năm gần đây, ở Việt Nam có một số công trình

nghiên cứu tách các hợp chất omega bằng các phương pháp như:

Thủy giải lipid trong môi trường kiềm và kết tủa urea, hoặc sử dụng

phương pháp kết tinh phân đoạn ở nhiệt độ thấp… nhằm nâng cao

hiệu quả kinh tế của quá trình chế biến cá da trơn. Nhưng nhìn chung

các kết quả chỉ mới mang tính chất thăm dò, chưa có công trình

nghiên cứu tách các hợp chất Omega-3,6,9 khỏi hỗn hợp acid béo của

mỡ cá basa và cá tra. Trên thế giới các phương pháp tách chiết

Omega-3,6,9 hiện có trong nghiên cứu và sản xuất như: phương pháp

sắc ký, phương pháp chưng cất và enzyme, phương pháp kết tủa urea

phức, phương pháp chiết chất lỏng siêu tới hạn…

Dung môi sâu là dạng chất lỏng ion thế hệ mới, chúng có thể

được tạo ra bằng cách trộn các thành phần thích hợp và đun nóng sẽ

tạo ra chất lỏng có điểm đóng băng thấp hơn các thành phần riêng lẻ.

Việc hạ thấp điểm đóng băng là kết quả của sự tương tác liên kết

hydro giữa tác nhân. Dung môi sâu có tính chất đặc biệt như, hoàn

2

toàn không bay hơi và không có áp suất hơi. Do đó, chúng không gây

ra những vấn đề liên quan đến cháy nổ, an toàn cho người vận hành

cũng như đối với môi trường sống, như khả năng phân hủy sinh học

và khả năng tương thích sinh học. Chúng có thể thay thế các dung

môi độc hại, hạn chế gây ô nhiễm môi trường, có khả năng thu hồi và

tái sử dụng. Vì vậy chúng là ứng cử viên được sử dụng như là dung

môi trong các kỹ thuật tách chiết.

Việc tách Omega-3,6,9 khỏi hỗn hợp acid béo cũng như tách

riêng từng dạng omega với một hệ dung môi xanh và có chi phí thấp là

một vấn đề đang được các nhà nghiên cứu và sản xuất quan tâm. 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 giàu Omega-3,6,9 bằng những

hệ dung môi xanh và rẻ tiền, chúng tôi đã đề xuất thực hiện công trình

“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” và được Học Viện Khoa học và

Công nghệ chấp nhận làm nghiên cứu sinh với luận án có nội dung như trên.

* Mục tiêu của đề tài

- Tổng hợp các hệ dung môi sâu trên cơ sở choline chloride

với các hợp chất, 2-alkylbenzimidazole/ethylene glycol và xác định

cấu trúc của chúng.

- Sử dụng các dung môi sâu đã tổng hợp được để làm giàu

và tách Omega-3,6,9 từ mỡ phế thải theo qui trình nhà máy chế biến

cá basa xuất khẩu.

* Nội dung của đề tài

1. Khảo sát thành phần, hàm lượng acid béo trong mỡ cá

basa bằng dung môi truyền thống và xây dựng qui trình tách acid béo

3

ra khỏi phụ phẩm của quá trình chế biến phile cá basa.

2. Nghiên cứu tổng hợp các dung môi sâu (Deep Eutectic

Solvent) trên cơ sở

- Choline chloride với urea và đồng đẳng (methylurea,

thiourea và methylthiourea) xác định tính chất của chúng.

- 2-Alkylbenzimidazole (2-pentylbenzimidazole, 2-heptyl-

benzimidazole, 2-octylbenzimidazole, 2-nonylbenzimidazole), và tạo

hệ dung môi sâu ethylene glycol/2-alkylbenzimidazole.

3. Sử dụng các dung môi sâu đã tổng hợp để tách và làm giàu

Omega-3,6,9 từ nguyên liệu.

4. So sánh quá trình làm giàu và tách Omega-3,6,9 bằng

dung môi sâu đã tổng hợp.

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Tìm ra phương pháp tách và làm giàu Omega-3,6,9 có trong

mỡ phụ phẩm của quá trình chế biến cá basa bằng dung môi sâu cho

hàm lượng omega cao. Tận dụng một cách có hiệu quả nguồn phụ

phẩm trong chế biến xuất khẩu cá basa ở vùng Đồng bằng Sông Cửu

Long. Góp phần nâng cao giá trị kinh tế của con cá và bảo vệ môi

trường, hướng nghiên cứu này khá mới và có giá trị học thuật cao.

Do ở Việt Nam chưa có công trình nghiên cứu tách và làm giàu

Omega-3,6,9 từ mỡ của nguồn phế thải trong quá trình chế biến cá

basa xuất khẩu bằng dung môi sâu.

4

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

1.1. Sơ lược về chất lỏng ion

1.2. Dung môi sâu-DES (deep eutectic solvent) thế hệ chất lỏng

ion mới

1.2.1. Sơ lược về sự hình thành phát triển và ứng dụng của DES

Trong những năm đầu của thế kỷ 20, một hệ chất lỏng ion

mới dựa trên hỗn hợp của muối amoni bậc bốn (2-hydroxyethyl

trimethyl amoni cloride) với một số chất tạo liên kết hydro như

amide, glycol hoặc acid carboxylic (mono-diacid) để tạo thành một

dung môi có khả năng hòa tan nhiều muối và oxit kim loại, giá thành

thấp và dễ tái chế hoặc tự phân hủy mà không gây ô nhiễm môi trường.

Chất lỏng ion mới này được gọi là DES (deep eutectic

solvent). Những công bố đầu tiên về hệ chất lỏng ion này là của

Abbott và cộng sự từ những năm 2001. Để làm nổi bật sự quan tâm

ngày càng tăng của DES là dung môi xanh, C. Andrew và các tác giả

đã tìm kiếm thông qua cơ sở dữ liệu trích dẫn của Web of Science

Citation Database với nhiều công trình nghiên cứu trong lĩnh vực

DES. Khi các hợp chất cấu thành DES là các chất chính, như aminoacid,

acid hữu cơ, đường hoặc dẫn xuất choline, thì DES được gọi là dung

môi eutectic sâu tự nhiên (NADES). Khi xem xét về tính chất hóa lý,

NADES có đầy đủ các đặc trưng của nguyên tắc hóa học xanh.

1.2.2. Cơ sở khoa học của các hệ DES

Theo Abbott [64], một muối hữu cơ rắn và một tác nhân tạo

phức khi trộn theo tỷ lệ phù hợp và đun nóng sẽ tạo ra chất lỏng có

điểm đóng băng thấp hơn các thành phần riêng lẻ. Ngoài ra, nhiệt độ

của hỗn hợp eutectic nằm dưới điểm sôi của nước. Việc hạ thấp điểm

đóng băng là kết quả của sự tương tác liên kết hydro giữa tác nhân

5

tạo phức và muối hữu cơ. Liên kết hydro là một liên kết rất yếu được

hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa hydro (đã liên kết trong 1 phân

tử) với 1 nguyên tử có độ âm điện mạnh có kích thước bé (N,O, F...)

ở một phân tử khác hoặc trong cùng một phân tử. Liên kết hydro có

thể hình thành giữa các phân tử hoặc trong cùng nội bộ 1 phân tử

1.3. Sơ lược về cá basa, cá tra ở Việt Nam và hàm lượng Omega-

3,6,9 trong cá

1.3.1. Giới thiệu về cá basa, cá tra

1.3.2. Trữ lượng cá basa, cá tra và hàm lượng omega trong cá

1.4. Giá trị và ứng dụng của Omega-3,6,9 trong cuộc sống

1.4.1. Những nghiên cứu về mặt dược lý của omega đối với con người

1.4.2. Giới thiệu về chất béo

1.4.3. Phân loại aicd béo

1.4.4. Giới thiệu về omega

1.5. Một số phương pháp tách chiết Omega-3,6,9 hiện có trong

nghiên cứu và sản xuất

Phương pháp sắc ký, phương pháp chưng cất và enzyme, kết tinh nhiệt độ thấp hoặc kết tủa urea phức, chất lỏng siêu tới hạn. Việt Nam có một số công trình nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả kinh

tế của quá trình chế biến cá da trơn cũng như các phế phẩm chế biến

từ cá đã được thực hiện như: phản ứng thủy phân và kết tủa bằng

urea để thu nhận các acid béo chưa bão hòa, sử dụng phương pháp

kết tinh phân đoạn ở nhiệt độ thấp thu hàm lượng Omega-3 là 22,8-

24,05% [109,110], phương pháp thủy giải lipid trong môi trường

kiềm và kết tủa urea để thu được các acid béo gồm acid béo bão hòa

và acid béo chưa bão hòa với hàm lượng omega 24,5% [111]. Cũng

có các tác giả [112] sử dụng dung môi truyền thống để chiết omega

từ mỡ cá basa và thực hiện phương pháp transester hóa để phân tích

6

và xác định thành phần của chúng. Nhìn chung các công bố này chỉ

mới mang tính chất thăm dò, chưa có công trình nghiên cứu tách các

hợp chất Omega-3,6,9 khỏi hỗn hợp acid béo của mỡ cá basa và cá

tra bằng dung môi sâu.

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

2.1. Hóa chất, nguyên liệu, dụng cụ tiến hành thí nghiệm

2.2. Chuẩn bị nguyên liệu của 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

ở Đồng Tháp, sau khi mang về được rửa sạch và để ráo nước, sau đó

được tiến hành xẻ thịt theo qui trình của nhà máy sản xuất thủy sản

xuất khẩu, thu được 3 phần: Phần mỡ nguyên sinh, thịt (phile) và các

phần còn lại (da, đầu, mình, nội tạng…) gộp chung là phụ phẩm

trong bảng. Chúng tôi thực hiện ba lần cho các qui trình xẻ thịt để

xác định trọng lượng trung bình.

Cá tra

Cá basa

Trọng lượng

Tỷ lệ

Trọng lượng

Tỷ lệ

STT

Thành phần

(gam)

(%)

(gam)

(%)

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

Bảng 2.2. Thành phần nguyên liệu ban đầu từ cá basa, cá tra

2.2.2. Phương pháp chiết acid béo từ phụ phẩm

Phần phụ phẩm được thêm nước và đun sôi trong 60 phút, để

nguội và làm lạnh. Tách phần mỡ thu được từ phụ phẩm và tiến hành

chiết xuất nối tiếp lần lượt với hệ dung môi n-hexane-methanol.

7

Methyl hóa: Cao thu được sau chiết xuất được tiến hành methyl hóa

với methanol và xúc tác là acid sulfuaric đặc với tỷ lệ Cao/

Methanol/Xúc tác là 50gam/100gam/1gam. Quá trình ester hóa được

tiến hành trong bình thủy tinh 200 ml, có gắn sinh hàn hồi lưu trong thời gian 3 giờ ở điều kiện khuấy và gia nhiệt đến 60 oC bằng thiết bị từ tính. Sản phẩm được tiến hành cô quay chân không ở 35 oC để loại

bớt methanol dư, sau đó rửa nhiều lần bằng nước cất và làm khan

bằng Na2SO4. Mẫu được tiến hành phân tích GC/FID để xác định

thành phần hóa học và được giữ nguyên cho các nghiên cứu tách

Omega-3,6,9 sau này.

2.3. Các hệ DES đã tổng hợp và sử dụng trong luận án

Các hệ DES đã được tổng hợp sử dụng để làm giàu và tách

Omega-3,6,9 từ mỡ phế thải của quá trình chế biến cá basa Việt Nam

được giới thiệu trong bảng sau

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

Choline chloride/methylurea (Ch/MU)

1:1

Choline chloride/thiourea (Ch/Thi)

1:1

Choline chloride/methylthiourea (Ch/MThi)

1:1

Ethylene glycol/ 2-pentylbenzimidazole (EG/Benz-C5)

10:1,5

Ethylene glycol/ 2-heptylbenzimidazole (EG/Benz-C7)

10:1,5

Ethylene glycol/ 2-octylbenzimidazole (EG/Benz-C8)

10:1,5

Ethylene glycol/ 2-nonylbenzimidazole (EG/Benz-C9)

10:1,5

Bảng 2.3. Tỷ lệ khối lượng tổng hợp các mẫu DES

2.4. Tổng hợp DES trên cơ sở choline chloride/urea và các đồng đẳng

Phương pháp tổng hợp các chất lỏng dạng DES trên cơ sở

choline chloride được áp dụng như sau: Choline chloride và urea

8

được cho vào cốc thủy tinh chịu nhiệt đặt trên bếp khuấy từ có gia nhiệt theo tỷ lệ 1:1, 2:1 và 1:2 về khối lượng và đun nóng ở 60-70 oC

có khuấy cho đến khi thu được một chất lỏng đồng nhất. Thực

nghiệm cho thấy, chỉ có mẫu với tỷ lệ khối lượng choline chloride/

urea là 1:1 và 2:1, sau khi để nguội vẫn giữ trạng thái lỏng. Còn mẫu

1:2 (urea nhiều hơn) bị kết tinh trở lại. Vì vậy chúng tôi chỉ sử dụng

mẫu có tỷ lệ 1:1 trong các nghiên cứu tiếp theo đối với đồng đẳng

của urea là methylurea, thiourea, methylthiourea (tỷ lệ chung là 1:1).

2.5. Tổng hợp 2-alkylbenzimidazole và hệ DES (ethylene glycol/

benzimidazole)

2.5.1. Tổng hợp 2-alkylbenzimidazole

Phản ứng thực hiện giữa o-phenylenediamine và carboxylic

acid tỉ lệ 1:2. Lượng xúc tác đưa vào là 10% trọng lượng các chất

tham gia phản ứng. Cho dòng khí argon vào để đuổi không khí ra

khỏi bình phản ứng. Thực hiện phản ứng ở 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

Hệ dung môi ethylenglycol/alkylbenzimidazole với tỷ lệ từ 10-

25 gam/100 ml ethylenglycol đã được thử nghiệm sơ bộ. Kết quả cho

thấy không có nhiều sự khác biệt trong khả năng tách và làm giàu

omega. Tuy nhiên khả năng thu hồi alkylbenzimidazole của tỷ lệ

15gam/100ml ethylenglycol là tốt nhất. Sự hao hụt của alkylbenzi-

midazole nằm dưới 10%.

9

2.6. Phương pháp phân tích thành phần hóa học của nguyên liệu

và sản phẩm

2.6.1. Phân tích các hợp chất omega bằng phương pháp GC-FID

2.6.2. Các phương pháp phân tích cấu trúc của DES: FTIR,

GC/MS, NMR, TGA, DSC

2.6.3. Các phương pháp xác định các tính chất cơ lý của DES.

2.6.4. Phương pháp tính toán hiệu suất

2.7. Phương pháp chiết và tách Omega-3,6,9 khỏi acid béo

2.7.1. Thiết bị và kỹ thuật thực hiện tách Omega-3,6,9 khỏi acid

Methyl ester của acid béo, methanol,

DES được cho vào bình phản ứng khuấy liên tục và đun nóng ở nhiệt độ 45 oC. Khi hỗn hợp trở

nên đồng nhất, được làm mát và sau đó làm lạnh ở 4 oC trong 8 giờ. Hỗn hợp thu được tạo thành

hai lớp: lớp trên là chất lỏng, lớp dưới là phần

rắn. Rửa phần rắn bằng

methanol lạnh. Kết hợp dung dịch rửa này vào lớp chất lỏng ban đầu,

làm bay hơi methanol trong thiết bị bay hơi chân không và làm khan.

2.7.2. Tỷ lệ các chất tham gia phản ứng tách omega

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả chiết acid béo trong từng bộ phận của cá basa, cá tra

3.1.1. Kết quả chiết xuất mỡ nguyên sinh

3.1.2. Kết quả chiết xuất thịt cá (phile)

3.1.3. Kết quả chiết xuất mỡ cá thu từ phụ phẩm

Cá basa từ 1029 gam phụ phẩm thu được sau khi thực hiện

phile theo quy trình của nhà máy sản xuất thủy sản xuất khẩu, cho

thêm nước vào nấu và làm lạnh thu được 86,11 gam mỡ nổi (chiếm

10

8,37% từ tổng phụ phẩm). Tương tự với cá tra từ 1334 gam phụ

phẩm, thu được 163 gam mỡ nổi, chiếm 12,22%.

Sản phẩm mỡ thu

STT

Cá tra (gam) Cá basa (gam)

từ phụ phẩm

1

Cao acid béo

153,69

75,34

2

Bả thải cuối

9,24

8,023

3

Thất thoát

0,07

2,74

Tổng

163,00

86,11

Bảng 3.3. Kết quả chiết xuất mỡ thu từ phụ phẩm

Phần thịt (phile) dùng cho xuất khẩu chỉ nằm ở mức 35-37%.

Acid béo trong thịt của hai loại cá gần như bằng nhau và bằng 19,8%.

Phụ phẩm-phần không thể xuất khẩu chiếm khá lớn 59-61%. Sau khi

xử lý, phần mỡ thu hồi từ phụ phẩm của cá tra là 12,22%, còn của cá

basa là 8,37%. Lượng acid béo trong mỡ thu hồi của cá tra là 94,29%

trong khi của cá basa là 87,49%.

3.2. Kết quả phân tích và định danh các hợp chất chiết từ cá

basa, cá tra

3.2.1. Kết quả phân tích và định danh dịch chiết mỡ nguyên sinh

3.2.2. Kết quả phân tích và định danh dịch chiết thịt (phile)

3.2.3. Kết quả phân tích và định danh dịch chiết mỡ của phụ phẩm

STT

Mỡ từ phụ phẩm

Cá tra (gam) Cá basa (gam)

Omega-3,6,9

1

77,98

38,56

Acid béo khác

2

59.28

34,19

Tổng triglycerides

3

5,06

1,78

Không xác định được

4

11,38

0,81

5

75,34

Tổng cao sau chiết xuất

153,69

Bảng 3.6. Sản phẩm của dịch chiết mỡ từ phụ phẩm

11

Hàm lượng các acid béo dạng Omega-3,6,9 trong mỡ từ phụ

phẩm của cá tra là 47,84 %, trong khi đó của cá basa là 44,78 %. Tỷ

lệ này của các bộ phận khác của cả hai loại cá đều nằm ở giới hạn cao

từ 27-34%. Tỷ lệ Omega-3 và Omega-6 trên tổng omega của mỡ

nguyên sinh của cá basa đạt 92,26% chứng minh giá trị dinh dưỡng.

3.2.4. Kết luận về nguyên liệu

Hàm lượng các hợp chất Omega-3,6,9 trong các bộ phận của

cá tra và cá basa khá cao, đặc biệt là Omega-3 và Omega-6. Hơn nữa

trong phần phụ phẩm của hai loại cá này có chứa nhiều hợp chất acid

béo dạng omega.

3.2.5. Methyl ester của nguyên liệu (mỡ phụ phẩm của cá basa)

Cao acid béo được tiến hành phản ứng ester hóa để chuyển thành methyl ester (methanol/acid béo = 3/1, nhiệt độ 65 oC, thời gian 3 giờ trong điều kiện khuấy mạnh).

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 được

6,63

4,12

Tổng

100

100

Bảng 3.10. Hàm lượng các hợp chất trước và sau khi ester hóa

Thành phần hoá học của mẫu sau khi tách và phản ứng ester

hóa với methanol không khác biệt đáng kể. Tổng hàm lượng Omega-

3,6,9 trong nguyên liệu là khoảng 57%; 39% là acid béo không phải

là acid béo dạng Omega-3,6,9; 4% là các chất không xác định. Thành

phần hóa học của methyl ester nguyên liệu trong bảng 3.11 sau đây

12

sẽ được dùng cho các nghiên cứu tách và làm giàu Omega-3,6,9 khi

sử dụng các chất lỏng ion đã tổng hợp.

Methyl ester

Dạng acid

Tên của các dạng acid béo trong metyl ester

(%)

Myristic acid (14:0)

1,96

Palmitic acid(16:0)

26,55

Acid bão hòa

Stearic acid (18:0)

6,78

Arachidic acid(20:0)

0,29

Acid chưa

Palmitoleic acid (16:1)

3,35

bão hòa

α-Linolenic acid (ALA) 18:3 (n-3)

0,46

Eicosatrienoic acid 20:3 (n-3)

0,15

Omega-3

Eicosapentaenoic acid (EPA) 20:5 (n-3)

0,42

Docosahexaenoic acid (DHA) 22:6 (n-3) và

0,63

Nervonic acid 24:1 (n-9)

Linoleic acid (LA) 18:2 (n-6)

12,41

γ-Linolenic acid (GLA) 18:3 (n-6)

1,05

Omega-6

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

Oleic acid 18:1 (n-9)

40,21

Omega-9

Eicosenoic acid 20:1 (n-9)

0,42

Tổng acid béo

95,89

Không xác định và thất thoát

4,11

Tổng

100

Bảng 3.11. Thành phần hóa học của các acid béo trong methyl ester

13

3.3. Kết quả tổng hợp DES trên cơ sở choline chloride với urea

và các đồng đẳng

3.3.1. Kết quả phân tích FTIR và TGA

3.3.1.1. Choline chloride với urea

FTIR νmax (KBr) cm-1: của urea 3352, 3442 cm-1 (N-H), 1667 cm-1 (C=O) của amide, 1457 cm-1 (C-N), của choline chloride 3376 cm-1 (O-H), 3019, 2956 và 2907 cm-1 (-CH2, -CH3), 1087, 1347, 1478 cm-1 của (C-O), 1643, 1206 cm-1 (C-N), của choline chloride/urea đều

có các vân hấp thu tương ứng của urea và choline chloride. Tuy

nhiên, mũi đôi của NH2 của urea đã chuyển thành mũi đơn do hydro của nhóm NH2 tạo liên kết hydro với anion Cl- nên làm tín hiệu này thay đổi. Ngoài ra, số sóng của nhóm OH trong choline chloride ở số sóng 3376 cm-1 đã bị dịch chuyển về vùng thấp hơn tại 3347 cm1-. Độ bền nhiệt của hỗn hợp choline chloride với urea cũng đã được kiểm tra bằng giản đồ phân tích nhiệt TGA là dưới 200 oC.

3.3.1.2. Choline chloride với methylurea

FTIR νmax (KBr) cm-1: của choline chloride 3376 cm-1 (O-H), 3019, 2956 và 2907 cm-1 (-CH2, -CH3), 1087, 1347, 1478 cm-1 của (C-O), 1643, 1206 cm-1 (C-N), của methylurea 3344 cm-1 (N-H), 2915 cm-1 (H-Csp3), 1655 cm-1 (C=O) của amide, 1353, 1171 cm-1

(C-N), của Choline chloride với methylurea đều có các vân hấp thu

tương ứng của methylurea và choline chloride. Tuy nhiên, số sóng của nhóm -OH trong choline chloride ở số sóng 3376 cm-1 đã bị dịch chuyển về vùng thấp hơn tại 3362 cm1-. Độ bền nhiệt của hỗn hợp

choline chloride với methylurea cũng đã được kiểm tra bằng giản đồ phân tích nhiệt là dưới 200 oC.

3.3.1.3. Choline chloride với thiourea

FTIR νmax (KBr) cm-1: của choline chloride 3376 cm-1 (O-H),

14

3019, 2956 và 2907 cm-1 (-CH2, -CH3), 1087, 1347, 1478 cm-1 của (C-O), 1643, 1206 cm-1 (C-N), của thiourea, 3376 và 1618 cm-1 (N- H), 1207 cm-1 (C=S thiocarbonyl), 1413, 1084 cm-1 (C-N). 2686 cm-1

(S-H), của choline chloride với thiourea đều có các vân hấp thu tương

ứng của thiourea và choline chloride. Tuy nhiên, số sóng của nhóm O-H trong choline chloride ở số sóng 3376 cm-1 đã bị dịch chuyển về vùng thấp hơn tại 3361 cm-1 và cường độ tín hiệu tại 2694 của nối S-

H bị giảm mạnh. Bằng giản đồ phân tích nhiệt TGA cho thấy độ bền nhiệt của hỗn hợp choline chloride với thiourea dưới 214 oC.

3.3.1.4. Choline chloride với methyl thiourea

FTIR νmax (KBr) cm-1: của choline chloride 3376 cm-1 (O-H), 3019, 2956 và 2907 cm-1 (-CH2, -CH3), 1087, 1347, 1478 cm-1 của (C-O), 1643, 1206 cm-1 (C-N), của methyl thiourea 3325 và 1636 cm-1 (N-H), 1302 cm-1 (C=S thiocarbonyl), 2863 cm-1 (H-Csp3), 1489, 1059 cm-1 (C-N), của Choline chloride với methyl thiourea đều có

các vân hấp thu tương ứng của methyl thiourea và choline chloride.

Tuy nhiên, số sóng của nhóm O-H trong choline chloride ở số sóng 3376 cm-1 đã bị dịch chuyển về vùng thấp hơn tại 3324 cm-1. Bằng giản đồ phân tích nhiệt TGA cho thấy độ bền nhiệt của hỗn hợp dưới 214 oC. 3.3.2. Tính chất vật lý của các mẫu DES trên cơ sở choline chloride

3.4. Kết quả tổng hợp 2-alkylbenzimidazole và hệ ethylene glycol/

benzimidazole

3.4.1. Kết quả phân tích hợp chất dạng 2-alkylbenzimidazole

3.4.1.1. 2-Pentylbenzimidazole

Phương pháp GC/MS cho kết quả sau: 188, 174, 160, 159,

146, 145, 133, 132 (100%), 131, 118, 92. 77, 63, 41. So với phổ dữ

liệu NIST với 10 pic lớn: 132, 145, 188, 146, 159, 133, 131, 77, 63, 41.

15

FTIR νmax (KBr) cm-1: 3082 (N-H), 2953 (C-H), 2774,

1H-NMR (CDCl3, 500 MHz, , ppm) cho mũi cộng hưởng của proton δH 12,25 (1H, brs, N-H) và các mũi cộng hưởng tín hiệu

2734, 1539 (C=N), 1420, 1272(C-N), 1021, 751.

proton của hydrocarbon thơm δH 7,60 (2H, dd, J1 = 6,0 Hz, J2 = 3 Hz,

H-4, 7); 7,24 (2H, dd, J1 = 6,0 Hz, J2 = 3,2 H-5, 6). Đồng thời phổ 1H-NMR cho các mũi cộng hưởng với sự hiện diện proton của 4

nhóm methylene δH 3,03 (2H, t, J1 = 8 Hz, J2 = 7,5 Hz, H-1’); 1,91

(2H, m, H-2’); 1,36 (2H, dt, J1 = 6,5 Hz, J2 = 3 Hz, H-3’); 1,27 (2H,

dt, J1 = 7Hz, J2 = 7 Hz, H-4’) và 1 nhóm methyl δH 0,82 (3H, t, J1 = 7 Hz, J2 = 7,5 Hz, H-5’). 13C-NMR (CDCl3, 125 MHz, , ppm) xuất hiện các tín hiệu cho thấy sự hiện diện của 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’); các

carbon của vòng hydrocarbon thơm C = 138,1 (C-3a,7a), 122,2 (C-5,

6), 114,5 (C-4, 7). Bên cạnh đó có tín hiệu của C mang nối đôi C =

155,7 (C-2).

3.4.1.2. 2-heptylbenzimidazole

Phương pháp GC/MS cho kết quả sau: 216, 201, 187, 173,

160, 159, 146, 145, 133, 132, 131, 118, 92. 77, 63, 41. Đối chiếu với

phổ dữ 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),

1H-NMR (CDCl3, 500 MHz, , ppm) cho mũi cộng hưởng của proton δH 12,86 (1H, brs, N-H) và các mũi cộng hưởng của tín

2740, 1541 (C=N), 1449, 1423, 1273 (C-N), 1028, 751.

hiệu proton của hydrocarbon thơm δH 7,63 (2H, dd, J1 = 3 Hz, J2 = 3

Hz, H-4, 7); 7,27 (2H, dd, J1 = 3 Hz, J2 = 3 Hz, H- 5, 6). Đồng thời phổ 1H-NMR cho các mũi cộng hưởng với sự hiện diện 6 nhóm

16

methylene δH 3,08 (2H, t, J1 = 7,5 Hz, J2 = 8 Hz, H-1’); 1,95 (2H, m,

H-2’); 1,4 (2H, m, H-3’); 1,23 (6H, m, H-4’,5’,6’) và 1 nhóm methyl δH 0,85 (3H, t, J1 = 7 Hz, J2 = 7 Hz, H-7’). 13C-NMR (CDCl3, 125 MHz, , ppm) xuất hiện các tín hiệu cho thấy sự hiện diện của 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’); các carbon của vòng

hydrocarbon thơm C = 138,4 (C-3a,7a), 122,0 (C-5, 6), 114,5 (C-4,

7). Bên cạnh đó có tín hiệu của 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

1H-NMR (CDCl3, 500 MHz, , ppm) cho mũi cộng hưởng của proton δH 11,87 (1H, brs, N-H); các proton ở  = 7,58 (2H, dd, J1

(C=N), 1436, 1419, 1273 (C-N), 1002, 840, 752.

= 3 Hz, J2 = 3 Hz, H-4, 7); và  = 7,23 (2H, dd, J1 = 3 Hz, J2 = 3 Hz,

H-5, 6); proton H-1’ ở  = 3,02 (2H, t, J1 = 8 Hz, J2 = 7,5 Hz, H-1’);

các proton H-8’ ở  = 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 = 7 Hz, J2 = 7 Hz, H- 8’). 13C-NMR (CDCl3, 125 MHz, , ppm): xuất hiện các tín hiệu cho

thấy sự hiện diện của 8C dây alkyl béo C = 31,7 (C-1’), 29,3 (C-2’),

29,2 (C-3’), 29,1( C-4’), 28,4 (C-5’, 6’), 22,5 (C-7’), 13,9 (C-8’); các

carbon của vòng hydrocarbon thơm C= 138,2 (C-3a), 138,1 (C-7a),

122,0 (C-5, 6), 114,5 (C-4, 7). Bên cạnh đó có tín hiệu của C mang nối đôi C = 156 (C-2).

17

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,

1H-NMR (CDCl3, 500 MHz, , ppm) cho mũi cộng hưởng của proton δH 12,32 (1H, brs, N-H) và các mũi cộng hưởng tín hiệu

1542 (C=N), 1454, 1422, 1272 (C-N), 1028, 752.

proton của hydrocarbon thơm δH 7,6 (2H, dd, J1 = 3,5 Hz, J2 = 3 Hz,

H-4, 7); 7,24 (2H, dd, J1 = 3 Hz, J2 = 3 Hz, H-5, 6). Đồng thời các

proton ở δH 3,04 (2H, t, J1 = 8 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 = 7 Hz, J2 = 7,5 Hz, H-9’). 13C-NMR (CDCl3, 125 MHz, ,

ppm) xuất hiện các tín hiệu cho thấy sự hiện diện của 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’); các carbon của 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 của C mang nối đôi C = 156 (C-2).

3.4.2. Hệ dung dịch ethylene glycol/alkylbenzimidazole

2-Alkylbenzimidazole là những chất rắn, có điểm nóng chảy

của 2-pentylbenzimidazole, 2-heptylbenzimidazole, 2-octylbenzi- midazole, 2-nonylbenzimidazole lần lượt: 167 oC, 150 oC, 143 oC và 133 oC tương ứng. Vì vậy, để sử dụng trong 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 trong 10 gam EG)

3.5. Kết quả làm giàu và tách Omega-3,6,9 khỏi hỗn hợp acid béo

dạng methyl ester của nguyên liệu bằng dung môi sâu (DES)

18

3.5.1. Tách và làm giàu Omega-3,6,9 bằng hệ methanol/urea

3.5.1.1. Kết quả làm giàu của hệ methanol/urea sau khi khuấy trộn

với methyl ester

3.5.1.2. Kết quả tách pha và thành phần hóa học phần lỏng của

methanol/urea

Kết quả cho thấy nồng độ urea trong dung dịch DES ở mức

0,2 g/ml cho hiệu quả tạo thành phần lỏng tốt nhất 36%. Khi nồng độ

urea tăng lên thì phần lỏng giảm. Trong khi đó nồng độ urea trong

dung dịch thấp hơn 0,2g/ml, hiệu quả tạo thành phần lỏng cũng

không cao (23% khi nồng độ urea là 0,143 g/ml).

ME

Mẫu 1

Mẫu 2

Mẫu 3

Mẫu 4

Dạng

acid

%

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

4,11

0,82

4,32

0,20

2,54

0,18

3,0

0,17

3,0

0,15

&TT

Tổng

100

20

100

4,6

100

7,2

100

5,8

100

5,0

Bảng 3.18. Khối lượng sản phẩm lỏng sau chiết

Hệ dung môi có nồng độ urea là 0,2g/ml cho hiệu suất tách

tốt nhất và hàm lượng các chất như EPA tăng 2 lần, DHA tăng 3 lần.

Tóm lại:

1. Khi cho urea trực tiếp tạo phức với methyl ester của các

acid béo sẽ xảy ra hiện tượng urea làm thay đổi cấu trúc của các acid

béo này. Trong khi sử dụng urea ở dạng dung môi sâu với nồng độ

19

urea bằng ½ điểm bảo hòa có thể tách được Omega-3,6,9 ra khỏi acid

béo với độ sạch tới 88,71%, với hiệu suất 36% cho một lần tách.

2. Các chất như ETA và EPA đều có hàm lượng cao hơn

nguyên liệu ban đầu từ 1,5 đến 3 lần. Đặc biệt ở mẫu 2 hàm lượng

DHA tăng 3 lần. Tổng Omega-3 chiếm 5% trong hỗn hợp Omega-

3,6,9 đã tách ra.

3. Khi sử dụng dung môi sâu dạng methanol và urea với

nồng độ cao hơn hoặc thấp hơn 0,2 g/ml hiệu quả tách các hợp chất

giảm và hàm lượng omega cũng giảm.

3.5.2. Tách và làm giàu Omega-3,6,9 bằng hệ choline chloride

3.5.2.1. Kết quả làm giàu của các hệ choline chloride/urea và đồng đẳng

3.5.2.2. Kết quả tách pha và thành phần hóa học phần lỏng của các

hệ choline chloride/urea và đồng đẳng

Hiệu quả tách của hệ choline chloride/urea và choline

chloride /methyl urea đạt 17 và 18% tương ứng. Hai hệ dung môi còn

lại nằm trong khoảng 14%.

ME

Ch/U

Ch/ MU

Ch/Thi

Ch/MThi

Dạng acid

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

3,35

0,08

2,36

0,11

3,19

0,05

1,82

0,09

3,58

0,67

Omega-3

1,66

0,15

4,34

0,19

5,37

0,22

7,47

0,57

20,54

0,37

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 và 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

11,39

56,96

3,01

91,03 1,86 51,62 1,61

56,66

1,84

66,44

Omega-3,6,9

Bảng 3.25. Khối lượng sản phẩm lỏng sau tách của hệ choline chloride

20

Mặc dù tổng Omega-3,6,9 của hệ dung môi choline chloride

và urea sau khi phối trộn giảm xuống ½ so với nguyên liệu ban đầu,

nhưng 50% lượng Omega-3,6,9 có trong hỗn hợp đã được tách ra với

hàm lượng lên đến 91%. Các dung môi khác, tuy có hàm lượng

Omega-3,6,9 cao hơn gấp 2 lần so với hệ choline chloride và urea,

nhưng chỉ tách được khoảng 15% và hàm lượng Omega-3,6,9 trong

phần tách chỉ đạt 51-66%.

Tóm lại

1. Hệ choline chloride/urea (và các đồng đẳng) không làm thay

đổi nhiều cấu trúc của các hợp chất trong methyl ester, nhưng khả

năng tách Omega-3,6,9 cao, đặc biệt hệ choline chloride/urea với

hiệu quả tách pha là 16,5% và hàm lượng Omega-3,6,9 lên đến 91%.

2. Hiệu suất tách acid béo bão hòa và acid béo chưa bão hòa

trên 96%.

3. Hàm lượng ALA, EPA, DHA tổng lên đến 20% trong sản

phẩm lỏng được tách ra.

3.5.3. Tách và làm giàu Omega-3,6,9 bằng hệ ethylene

glycol/benzimidazole

3.5.3.1. Kết quả làm giàu của các hệ ethylene glycol/benzimidazole

3.5.3.2. Kết quả tách pha và thành phần hóa học phần lỏng của các

hệ ethylene glycol/benzimidazole

- Hiệu suất tách và làm giàu omega của các alkylbenzimi-

dazole chỉ nằm ở mức 15% trên nguyên liệu trong một lần thực hiện.

- Acid béo bão hòa trong phần lỏng giảm đáng kể, đặc biệt là

khi sử dụng 2-pentylbenzimidazole, 2-heptylbenzimidazole và 2-

octylbenzimidazole nhưng hàm lượng vẫn còn cao (từ 13-24% tùy

thuộc mạch alkyl). Các acid béo bão hòa và acid béo chưa bão hòa

còn khá cao gần 10%, riêng hệ EG/Benz-C9 còn 20%.

21

- Hàm lượng Omega-3,6,9 trong dung dịch tách ra không

cao, chỉ đạt 87% đối với EG/ Benz-C5, Benz-C7, Benz-C8 và 76%

với EG/ Benz-C9.

ME

Benz-C5

Benz-C7

Benz-C8

Benz-C9

Dạng acid

gam

%

gam

%

gam

%

%

gam

%

gam

FA

7,12

35,58

0,23

7,56

0,18

5,74

6,18

0,51 16,86

0,19

UFA

0,67

3,35

0,11

3,65

0,11

3,41

3,59

0,15

4,86

0,11

Omega-3

0,37

1,66

0,82

27,66

0,73

23,64

31,93 1,43 47,16

0,99

Omega-6

2,89

14,67

0,08

2,82

0,04

1,26

1,33

0,54 17,63

0,04

Omega-9

8,13

40,63

1,69

56,59

1,93

62,31

53,68 0,34 11,10

1,66

KXĐ và TT

0,82

4,11

0,05

1,72

0,11

3,64

3,29

0,07

2,39

0,11

Tổng ME

20

100

2,98

100

3,10

100

100

3,04

100

3,10

Omega-3,6,9

11,39 56,96

2,59

87,07

2,7

87,21

86,94 2,31 75,89

2,69

Bảng 3.32. Khối lượng sản phẩm lỏng sau chiết tách của hệ EG/Benz

Tóm lại: Hệ dung môi sâu này có hiệu suất tách các acid béo bão hòa

và acid béo chưa bão hòa cao tương đương các hệ trên đây, nhưng

hiệu suất tách các acid béo omega thấp. Đối với Omega-3, cao nhất

hệ EG/Benz-C8 có thể đạt hiệu suất 20%, còn các hệ khác chỉ khoảng

15-17%. Tuy nhiên, hệ này đã làm cho lượng Omega-3 mà chủ yếu là

α-Linolenic acid (ALA) tăng đáng kể lên đến 41% (8 gam trên 20

gam ME) sau khi phối trộn và khuấy. Điều đáng tiếc là khả năng tách

Omega-3 ra khỏi dung dịch không cao. Cần thiết phải có những

nghiên cứu tiếp để phối hợp các hệ, vừa có khả năng tạo ra nhiều

Omega-3, vừa có thể tách chúng với hiệu suất cao hơn.

3.6. So sánh và đánh giá hiệu quả làm giàu Omega-3,6,9 của các

hệ dung môi sâu

3.6.1. Khả năng làm giàu Omega-3,6,9 khi chưa tách

22

Để làm giàu Omega-3,6,9 được thực hiện 2 giai đoạn chính:

Giai đoạn đầu là phối trộn và khuấy các thành phần ở nhiệt độ thấp

cho đến khi hỗn hợp đồng nhất. Giai đoạn tiếp theo là để nguội ở nhiệt độ phòng sau đó làm lạnh đến 4 oC trong 8 giờ, sau giai đoạn này hỗn hợp tách làm 2 lớp.

Hình 3.40. Một số khả năng hình thành α-Linolenic acid

Hệ methanol/urea (mẫu 2): Sau khi khuấy trộn, hàm lượng

acid béo bão hòa và acid béo chưa bão hòa giảm một cách đáng ngạc

nhiên là 6,77 gam. Trong khi đó Omega-3,6,9 tăng tổng cộng là

6,89 gam

Hệ choline chloride/urea (các đồng đẳng khác) không ảnh

hưởng nhiều đến thành phần hóa học của methyl ester nguyên liệu.

Một số thay đổi tăng giảm khối lượng các chất nhưng không nhiều.

23

Hệ ethylene glycol/benzimidazole đã làm giàu Omega-3 đáng

kể. Sự chuyển đổi sang Omega-3 chủ yếu đi từ Omega-6 và Omega-9.

Acid béo bão hòa và acid béo chưa bão hòa trong các hệ EG/Benz-C5,

EG/Benz-C7, EG/Benz-C8 chỉ chuyển đổi từ 26% đến 28% và 30%

tương ứng, EG/Benz-C9 hầu như không chuyển đổi acid béo bão hòa

và acid béo chưa bão hòa.

3.6.2. Khả năng tách pha (lỏng và rắn)

Ngoại trừ hệ methanol/urea (mẫu 2) có hiệu quả tách pha tốt

nhất. Các hệ khác chỉ nằm trong khoảng 15-18% cho một lần tách.

Mặc dù hệ choline chloride/urea chỉ nằm trong khoảng 16,5%, nhưng

tổng Omega-3,6,9 trong hệ này cao nhất 91%.

Hình 3.41. Tỷ lệ tách thành pha lỏng của các 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 năng tách các hợp chất trong phần lỏng

Ngoại trừ hệ methanol/urea, các hệ DES khác đều có thể tách

acid béo bão hòa từ 80-96%, riêng hệ Ch/U có thể đạt 99%. Hiệu suất

tách các hợp chất Omega-3,6,9 của các hệ DES căn cứ vào khối

lượng sinh ra khi khuấy trộn với khối lượng tách ra từ phần lỏng.

24

Omega-3

Omega-6

Omega-9

Hệ DES

HS (%)

HS (%)

HS (%)

Hình thành (g)

Tách ra (g)

Hình thành (g)

Tách ra (g)

Hình thành (g)

Tách ra (g)

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

EG/BC-7

5,05

0,73

14,45

1,49

0,04

2,68

7,23

1,93

26,69

EG/BC-8

5,07

0,99

19,52

1,40

0,04

2,86

6,72

1,66

24,70

EG/BC-9

8,22

1,43

17,40

1,80

0,54

30,00

1,68

0,34

20,24

Bảng 3.38. Hiệu suất tách Omega-3,6,9 trong phần lỏng

Các hệ khác có chứa urea tách pha, khi urea gặp lạnh sẽ kết

tinh và kéo theo sự đóng rắn của các acid béo tạo phức hoặc liên kết

với urea. Trong vấn đề này, hiện tượng mầm tinh thể đóng vai trò

quan trọng. Trong một hỗn hợp, đặc biệt là hỗn hợp có chứa các

“solvat”, một bộ phận tạo mầm tinh thể sẽ kéo những phần khác theo

lớp bao bọc bên ngoài, từ rắn đến nữa rắn. Theo thời gian trong điều

kiện nhiệt độ thấp, bộ phận này kết lại và tách khỏi những thành phần

không phải là “solvat”. Cơ chế này giúp cho các hệ có chứa choline

chloride và urea kéo acid béo bão hòa, acid béo chưa bão hòa cũng

như một phần acid béo khác vào phần rắn.

25

3.6.4. So sánh chất lượng Omega-3 tách ra trong sản phẩm lỏng

Omega-3 trong sản phẩm tách ra từ các hệ DES chủ yếu là

ETA, ALA, EPA, DHA. Với hàm lượng thường xuyên ở mức ≤ 2%.

Riêng trường hợp sử dụng hệ ethylene glycol/benzimidazole hàm

lượng ALA tăng khá cao từ 20-44%.

Hình 3.46. Cơ cấu Omega-3 trong phần lỏng của các hệ DES

3.6.5. Kết luận chung về các hệ DES

Hệ methanol/urea là hệ đơn giản, rẻ tiền nhưng hàm lượng

Omega-3,6,9 sau khi tách chỉ đạt 80 đến 88%.

Các hệ ethylene glycol/benzimidazole cho hàm lượng

Omega-3 khá cao (23-47%), tuy nhiên tổng Omega-3,6,9 chỉ đạt cao

nhất là 87% và giá thành cũng như khâu chuẩn bị khá phức tạp và tốn

kém. Trong các dung môi sâu của hệ choline chloride/urea và các

đồng đẳng của urea, thì hệ choline chloride/urea tách tốt nhất với

hàm lượng Omega-3,6,9 đến 91%.

26

KẾT LUẬN

1. Nghiên cứu về nguyên liệu

- Đã sử dụng dung môi truyền thống để chiết acid béo từ các

bộ phận của cá basa, cá tra. Phần thịt dùng cho xuất khẩu chỉ nằm ở

mức 35-37%. Phụ phẩm chiếm khá lớn 59-61%. Sau khi xử lý, phần

mỡ thu hồi từ phụ phẩm của cá tra là 12,22%, còn của cá basa là

8,37%. Lượng acid béo trong mỡ thu hồi của cá tra là 94,29% trong

khi của cá basa là 87,49%.

- Đã định danh các hợp chất omega trong mỡ nguyên sinh,

thịt và mỡ từ phụ phẩm của basa, cá tra. Hàm lượng Omega-3,6,9

trong phần phụ phẩm của cá basa, cá tra là 5,13% và 6,12%. Nguyên

liệu sử dụng cho việc tách và làm giàu Omega-3,6,9 trong phụ phẩm

của qui trình chế biến cá basa xuất khẩu 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 các hệ dung môi sâu (DES)

- Đã tổng hợp thành công hệ dung môi methanol/urea với các

nồng độ (g/ml) 0,143; 0,2; 0,23; 0,26.

- Đã tổng hợp thành công hệ dung môi trên cơ sở choline

chloride gồm choline chloride/urea và các đồng đẳng (metylurea;

thiourea và methylthiourea).

- Đã tổng hợp thành công các chất dạng 2-alkylbenzimi-

dazole (2-pentylben-zimidazole; 2-heptylbenzimidazole; 2-octylben-

zimidazole và 2-nonylbenzimida-zole). Từ các hợp chất 2-alkylben-

zimidazole, đã tạo các hệ dung môi sâu dạng ethylene glycol/ben-

zimidazole bao gồm EG/Benz-C5, EG/ Benz-C7, EG/ Benz-C8 và

EG/ Benz-C9.

27

3. Sử dụng các hệ dung môi sâu đã tổng hợp được để tách và làm

giàu omega-3,6,9 từ mỡ phế phải cá basa

- Đã sử dụng 3 hệ dung môi sâu tổng hợp để làm giàu và tách

Omega-3,6,9 ra khỏi methylester nguyên liệu. Hiệu suất tách đạt từ

15-36% cho một lần tách với hàm lượng Omega-3,6,9 đạt từ 52-91%

tùy thuộc hệ DES.

4. So sánh khả năng làm giàu và tách omega của các hệ DES

- Hệ methanol/urea (mẫu 2) có hiệu quả tách pha tốt nhất 36%.

Các hệ khác chỉ nằm trong khoảng 15-18% cho một lần tách. Tuy

nhiên, đối với hệ choline chloride/urea chỉ nằm trong khoảng 16,5%,

nhưng hàm lượng Omega-3,6,9 trong hệ này cao từ 57% nguyên liệu

lên 91% đây là điểm mới. Các hệ DES khác đều có thể tách acid béo

bão hòa từ 80-96%, riêng hệ choline chloride/urea đạt 99%.

- Hàm lượng Omega-3,6,9 khi tách ra của hệ methanol/urea là

80-88%. Của hệ choline chloride/urea là 91%, còn các đồng đẳng

(metylurea; thiourea và methylthiourea) là 51-66%. Của hệ ethylene

glycol/benzimidazole là 76 đến 87%. Đặc biệt đối với EG/Benz-C9 hệ

dung môi sâu này đã làm cho hàm lượng α-Linolenic acid (ALA)18:3

(n-3) (một dạng Omega-3 khá quan trọng) tăng lên cao đến 44%.

28

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

a/ Về mặt khoa học

- Đã nghiên cứu tổng hợp thành công 3 hệ dung môi sâu và

lần đầu tiên ứng dụng vào việc làm giàu và tách Omega-3,6,9 từ

nguồn phụ phẩm của quá trình chế biến xuất khẩu cá basa ở Đồng

Tháp.

- Một điểm mới là việc sử dụng hệ dung môi sâu ethylene

glycol /benzimi-dazole cho thấy hệ này làm cho hàm lượng α-

Linolenic acid (ALA)18:3 (n-3) (một dạng Omega-3 khá quan trọng)

tăng lên 44%.

- Việc dùng các hệ dung môi sâu dạng DES để tách và làm

giàu Omega-3,6,9 từ mỡ phế thải của quá trình chế biến xuất khẩu cá

basa cho hàm lượng Omega-3,6,9 đạt hơn 90% và hàm lượng

Omega-3,6 trong sản phẩm tách ra từ 22 - 47%.

b/ Về mặt kinh tế

Kết quả nghiên cứu cho thấy trong 100 tấn cá basa, ta chỉ

xuất khẩu được khoảng 37 tấn thịt phile, 63 tấn còn lại là phụ phẩm

chỉ dùng làm thức ăn gia súc. Nếu chế biến 63 tấn phụ phẩm này theo

qui trình công nghệ của chúng tôi, ta thu được 5,1 tấn mỡ, trong đó

có khoảng 2,7 tấn là acid béo dạng Omega-3,6,9 có độ sạch 91%; 2,4

tấn methyl ester của các dạng acid béo khác có thể dùng làm

biodiesel và 57,9 tấn bả thải cuối cùng làm thức ăn gia súc. Ngoài ra,

đây là giải pháp tốt cho việc xử lý môi trường tại các nhà máy chế

biến thủy sản trong tương lai.

29

DANH MỤC CÁC CÔNG 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 9 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 và làm

giàu axit béo dạng Omega-3,6,9 từ mỡ của nguồn phế thải trong

chế biến cá basa xuất khẩu bằng 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 của cá basa-

tra ở Đồng bằng Sông Cửu Long, Tạp chí hóa học và ứng dụng,

2018, 4, 59-63.

5. Lê Thị Thanh Xuân, Nghiên cứu tổng hợp một số chất lỏng ion

dạng 2-alkylbenzimidazole, Tạp chí phân tích Hóa-Lý và Sinh

học, 24, 113-117, 2019.