MỞ ĐẦU Dầu mỡ động, thực vật đóng vai trò to lớn trong việc cung cấp dinh dưỡng thiết yếu cho cơ thể sống dưới dạng thức ăn, thực phẩm chức năng, làm nguyên liệu chế biến thức ăn gia súc, nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học (biodiesel), … Dưới dạng thực phẩm thiết yếu, nếu sử dụng và tiêu thụ dầu mỡ động, thực vật đúng cách, đúng hàm lượng chất béo sẽ cân bằng được dinh dưỡng và kiểm soát bệnh tật. Với các loại dầu mỡ động, thực vật có hàm lượng dinh dưỡng thấp, dầu mỡ thải hoặc đã qua sử dụng, dầu mỡ động, thực vật không ăn được như dầu hạt jatropha, cao su, thầu dầu, tảo,… có thể sử dụng để làm nguyên liệu sản xuất biodiesel. Đây được xem là nguồn năng lượng thay thế đầy tiềm năng. Tuy nhiên một trong những nhược điểm của biodiesel là sản xuất theo mẻ nên chất lượng không đồng đều và vì vậy cần kiểm soát chặt chất lượng nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra trong đó có phân tích hàm lượng các axit béo.
Việc phân tích thành phần nguyên liệu và kiểm định chất lượng của các loại nhiên liệu biodiesel, xác định mối tương quan giữa thành phần nhiên liệu với khí thải từ động cơ còn giúp cho việc đánh giá hiệu quả kinh tế, bảo vệ môi trường và lựa chọn nguồn nguyên liệu sản xuất thích hợp. Trên cả hai phương diện là thực phẩm dinh dưỡng và nhiên liệu sinh học thì tại Việt Nam hiện chưa có cơ sở dữ liệu đầy đủ về hàm lượng các axit béo trong dầu mỡ động, thực vật. Các quy trình phân tích đã công bố và áp dụng chủ yếu từ tài liệu tham khảo của nước ngoài để phân tích một vài axit béo và tối ưu điều kiện phân tích theo phương pháp đơn biến nên không thể phân tích đầy đủ các axit béo trong dầu mỡ động, thực vật. Vì vậy việc nghiên cứu xây dựng phương pháp tiêu chuẩn để phân tích thành phần axit béo trong dầu mỡ động, thực vật sẽ giúp cho việc hoàn thiện quy trình phân tích, đáp ứng được yêu cầu phân tích cho các phòng thí nghiệm đầu ngành tại Việt Nam.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Xuất phát từ những vấn đề nêu trên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phương pháp xác định các axit béo trong một số loại dầu mỡ động, thực vật Việt Nam bằng kỹ thuật sắc ký” với những đóng góp mới như sau: - Đề tài áp dụng phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm - xây dựng mô hình hồi quy bậc hai tâm trực giao để tìm điều kiện tối ưu cho quá trình xác định các axit béo trong dầu mỡ động thực vật. Kết quả nghiên cứu thu được tối ưu hơn nhiều so với các nghiên cứu phân tích axit béo trước đây. - Đề tài sử dụng các kỹ thuật sắc ký hiện đại: sắc ký khí ion hóa ngọn lửa (GC/FID) và sắc ký lỏng siêu nhanh (UFLC) để phân tích đồng thời 37 metyl este axit béo trong hỗn hợp. Các nghiên cứu được tiến hành một cách có hệ thống từ khảo sát đơn lẻ đến mô hình hóa các yếu tố có ảnh hưởng tương hỗ.
Quá trình xử lý thống kê và xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp nghiên cứu được tiến hành đầy đủ, đáp ứng yêu cầu khi xây dựng phương pháp phân tích. - Ứng dụng phương pháp nghiên cứu xác định các axit béo trong 8 mẫu dầu mỡ động thực vật thông dụng của Việt Nam gồm: mỡ cá basa, mỡ lợn, dầu mè, dầu đậu nành, dầu lạc, dầu dừa, dầu hạt cao su và dầu hạt jatropha. - Phương pháp phân tích đề xuất có khả năng xây dụng thành phương pháp tiêu chuẩn để xác định thành phần các axit béo trong dầu mỡ động thực vật, phục vụ nghiên cứu về dinh dưỡng, kiểm nghiệm thực phẩm, chế tạo nhiên liệu sinh học và các nghiên cứu khác. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1.
Đại cƣơng về chất béo và axit béo 1. Khái niệm Chất béo (dầu mỡ) là những hợp chất hữu cơ tự nhiên rất phổ biến trong tế bào các cơ thể sống, trong động vật, thực vật và vi sinh vật. Chúng chỉ khác nhau về thành phần axit béo nhưng giống nhau về bản chất hoá học, đó là là các hợp chất hữu cơ đa chức không tan hoặc tan rất ít trong nước, nhưng tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực như n-hexan, ete, benzen, axeton, clorofom,… Ở nhiệt độ thường chất béo dạng lỏng gọi là dầu, dạng rắn gọi là mỡ. Axit béo là những axit hữu cơ có một nhóm cacboxyl với chuỗi hydrocacbon dài ngắn khác nhau.
Trong tự nhiên, các axit béo thường có số cacbon chẵn và không phân nhánh, phần lớn có từ 14 đến 22 cacbon, thường gặp nhất là các axit béo có 16, 18 và 20 cacbon. Axit béo có rất nhiều trong DMĐTV ở dạng triglyxerit (TG) của axit béo. Phân loại chất béo – Tùy thuộc vào cấu trúc, chất béo được phân làm 2 loại: chất béo đơn giản (simple lipid) và chất béo dạng phức tạp (complex lipid). Chất béo đơn giản: là este của các axit béo với ancol, thành phần bao gồm cacbon, hyđro và oxy.
Dầu mỡ thuộc loại chất béo đơn giản, là este của axit béo với glyxerol. Khi cả ba nhóm rượu của glyxerol được este hóa với axit béo thì tạo thành hợp chất TG hay triaxylglyxerol (TAG). Chúng có công thức chung là: O R1, R2, R3 là gốc hidrocacbon của axit béo, không phân CH2 O C R 1 nhánh, no hoặc không no, có thể giống nhau hoặc khác nhau, O CH O C R 2 tạo nên các glyxerit thuần khiết (như triolein, tristearin,.) hoặc glyxerit hỗn tạp (oleodistearin, oleopalmitostearin,. CH2 O C R3 O Hầu hết các loại dầu mỡ tự nhiên đều chứa khoảng 98 – LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 99% TG, phần còn lại rất nhỏ bao gồm monoglyxerit (MG), axit béo tự do, photpholipit và các chất không xà phòng hóa.
Chất béo phức tạp: có cấu trúc phức tạp hơn nhiều so với chất béo đơn giản, ngoài các axit béo và ancol còn chứa các nhóm chức khác như bazơ có nitơ, axit photphoric, gluxit. Photpholipit, glycolipit, sphingolipit, cerebrosit, steroit thuộc loại chất béo phức tạp. – Căn cứ vào hoạt tính sinh học và giá trị về hàm lượng các axit béo thiết yếu (axit béo cần thiết mà con người không thể tổng hợp được và phải bổ sung thông qua chế độ ăn uống), chất béo được phân làm 3 nhóm: Nhóm thứ nhất: có hoạt tính sinh học cao và hàm lượng các axit béo thiết yếu khoảng 50–80% và với lượng cung cấp 15–30 gam/ngày có thể thỏa mãn nhu cầu cơ thể. Thuộc về nhóm này có các chất béo của dầu thực vật: hướng dương, đậu nành, ngô, mè,… Nhóm thứ hai: có hoạt tính sinh học trung bình và hàm lượng các axit béo thiết yếu khoảng 15–22%.
Thuộc nhóm này có mỡ lợn, mỡ ngỗng, mỡ gà và dầu ôliu. Nhóm thứ ba: có hàm lượng axit béo không no thiết yếu không quá 5–6% và thực tế là không đáp ứng đủ nhu cầu cơ thể về các axit béo không no. Thuộc nhóm này có mỡ cừu, mỡ bò, một số loại margarin,… 1. Phân loại axit béo – Căn cứ vào số lượng nối đôi trong phân tử, axit béo được phân chia: Axit béo no (Saturated Fatty Acid – SFA) Hầu hết các SFA trong tự nhiên có mạch cấu trúc không nhánh, không có liên kết đôi trong phân tử và số lượng nguyên tử cacbon là số chẵn, thường có từ 4 đến 24 nguyên tử cacbon.
Chúng được gọi là axit ankanoic và có thể mang thêm tiền tố n-, ví dụ n-hexanoic, n-octadecanoic. Công thức chung của chúng là: R-COOH trong đó R là nhóm hydrocacbon mạch dài CH3(CH2)x hoặc CnH2n+1. Các SFA chủ yếu nằm trong thành phần của mỡ động vật và trong một số dầu thực vật như dầu cọ, dừa, bông,… LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Các SFA thường gặp trong DMĐTV [117] Tên khoa tnc ts Nguồn hiện Tên thƣờng Ký hiệu Công thức 0 0 học ( C) ( C) diện Butanoic Butyric C4:0 C3H7COOH –7,9 163,5 Bơ mỡ Hexanoic Caproic C6:0 C5H11COOH –3,4 205 Bơ mỡ Octanoic Caprylic C8:0 C7H15COOH 16,7 239,7 Dầu dừa Decanoic Capric C10:0 C9H19COOH 31,6 269 Dầu dừa Dodecanoic Lauric C12:0 C11H23COOH 43,2 304 Dầu dừa Tetradecanoic Myristic C14:0 C13H27COOH 58 332 Dầu hạt cọ Hexadecanoic Palmitic C16:0 C15H31COOH 62,9 349 Dầu bông Octadecanoic Stearic C18:0 C17H35COOH 69,6 371 Mỡ động vật Eicosanoic Arachidic C20:0 C19H39COOH 75,5 328 Dầu lạc Docosanoic Behenic C22:0 C21H43COOH 80 306 Dầu hạt cải Tetracosanoic Lignoceric C24:0 C23H47COOH 84,2 Mỡ động vật Axit béo không no (Unsaturated Fatty Acid – USFA) Các USFA có nhiều trong chất béo có nguồn gốc thực vật như đậu nành, lạc, mè, lanh, hạnh nhân, hướng dương, cải, ngô, gấc, ôliu,… hoặc trong động vật biển như cá voi, cá hồi, cá trích, cá tuyết,… Đây là các axit béo có một nối đôi (MUFA - Monounsaturated Fatty Acid) hay nhiều nối đôi (PUFA - Polyunsaturated Fatty Acid) trong thành phần cấu trúc.
MUFA có thể có hai cấu hình cis hay trans, tùy theo vị trí tương đối của các nhóm ankyl R. Trong tự nhiên hầu hết các MUFA có cấu hình cis. Dạng cis làm chuỗi hydrocacbon bị cong lại nên các MUFA không sắp xếp liền nhau như axit béo no, do đó có điểm nóng chảy thấp và thường lỏng ở nhiệt độ phòng. Các axit béo có cấu hình trans (Trans Fatty Acid – TFA) không tìm thấy trong tự nhiên mà là kết quả của sự chế biến của con người (ví dụ, hyđro hóa).
Cấu hình trans không làm cho chuỗi hydrocacbon của axit béo bi ̣uố n cong nhiề u nên hình dạng TFA cũng tương tự như axit béo baõ hòa ma ̣ch thẳ ng. Vị trí nối đôi C=C trong chuỗi cacbon của USFA là yếu tố rất quan trọng. Nếu nối đôi đầu tiên nằm cách 3 cacbon so với đầu metyl (đầu omega) của axit béo, nó là axit béo omega 3, kí hiệu ω-3 hay n-3. Tương tự ta có omega 6 (ω-6 hay n-6), omega 9 (ω-9 hay n-9).
Trong thực phẩm, axit α–linolenic (ALA, C18:3n-3) là axit LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com béo ω-3, axit linoleic (LA, C18:2n-6) là axit béo ω-6 và axit oleic (18:1n-9) là axit ω-9 chủ yếu. Chúng là các USFA có giá trị sinh học cao.