Hoàn thiện công nghệ và thiết bị sản xuất axit béo không no bằng enzim lipaza sử dụng trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm pdf

Bộ Khoa học và công nghệ
Viện Công nghiệp thực phẩm
301 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội
&





Báo cáo
tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài nhánh:

"Hoàn thiện công nghệ và thiết bị sản xuất axít
béo không no bằng enzim lipaza sử dụng trong
công nghiệp thực phẩm và dợc phẩm"







Chủ nhiệm đề tài nhánh: PGS. TS. Vũ Thị Đào







Hà Nội, 8-2004

Bộ Khoa học và công nghệ
Viện Công nghiệp thực phẩm
301 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội
&





Báo cáo
tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài nhánh:

"Hoàn thiện công nghệ và thiết bị sản xuất axít
béo không no bằng enzim lipaza sử dụng trong
công nghiệp thực phẩm và dợc phẩm"






Chủ nhiệm đề tài nhánh: PGS. TS. Vũ Thị Đào

Hà Nội, 8-2004
Tài liệu này đợc chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện đề tài nhánh cấp
Nhà nớc mã số: KC. 04. 07.10

Danh sách những ngời thực hiện
Chủ nhiệm đề tài nhánh: PGS. TS. Vũ Thị Đào.
Cộng tác viên: Th.S. Đào Thị Nguyên.
KS. Nguyễn Thị Hoa.
KS. Lê Bình Hoằng.
KS. Trần Ngọc Diệp.
KS. Vũ Đức Chiến.
Cơ quan phối hợp chính:
Trung tâm Khoa học Công nghệ Dợc - Trờng Đại học Dợc Hà Nội
Bệnh viện Trung ơng Quân đội 108
Mục lục
Trang

Phần I. Mở đầu
1

Phần II. Tổng quan
2
2.1. Khái niệm chung về axít béo và quá trình thủy phân, rợu phân 2
2.1.1. Khái niệm chung về axít béo 2
2.1.2. Quá trình thủy phân 5
2.1.3. Quá trình rợu phân glyxerit 6
2.2. Các công nghệ thu nhận axít béo 7
2.3. Tình hình sản xuất, ứng dụng axít béo và các phụ phẩm
trong quá trình thủy phân glyxerit.
11

2.4. Tình hình nghiên cứu ngoài nớc và trong nớc 13
2.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nớc 13
2.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nớc 13

Phần III. Nguyên liệu và phơng pháp nghiên cứu
15
3.1. Nguyên liệu 15
3.2. Phơng pháp nghiên cứu 15
3.2.1. Phơng pháp công nghệ 15
3.2.2. Thiết bị thủy phân 15
3.2.3. Phơng pháp phân tích 15

Phần IV. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
17
4.1. Kết quả phân tích nguyên liệu 17
4.2. Hoạt hóa Lipozim
1M
để tăng khả năng thủy phân dầu 17
4.3. Hoàn thiện công nghệ xử lý dầu trớc khi thủy phân 18
4.4. Thiết kế chế tạo thiết bị thủy phân dầu phù hợp để sản xuất
axít béo
19
4.5. Hoàn thiện công nghệ thủy phân dầu trên cột inox qui mô pilot 22
4.5.1. Nghiên cứu ảnh hởng tốc độ chảy của dầu đến quá trình
thủy phân
22
4.5.2. Nghiên cứu ảnh hởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân 23
4.5.3. Nghiên cứu ảnh hởng của thời gian sử dụng enzim đến khả
năng xúc tác của enzim
24

4.5.4. Nâng cao hiệu suất thu hồi hỗn hợp axít trên cột thủy phân
thủy tinh và cột thủy phân bằng inox
25
4.6. Nghiên cứu tái sử dụng Lipozim
1M
sau thủy phân 25
4.7. Hoàn thiện công nghệ tách axít béo no ra khỏi hỗn hợp dầu
thủy phân
26
4.8. Nghiên cứu sự biến đổi chất lợng của hỗn hợp axít béo
không no và hypochol trong thời gian bảo quản
26
4.9. Thăm dò khả năng thu hồi glyxerin 28
4.10. Xác định thành phần axít béo 31
4.11. Xác định độc tính cấp của hỗn hợp axít béo thủy phân và
viên nang hypochol
34
4.12. Xây dựng tiêu chuẩn dầu hypochol và viên nang mềm 35
4.13. Xây dựng tiêu chuẩn chất lợng viên nang và ứng dụng
trong điều trị rối loạn lipid máu
38
4.14.
ớc tính giá thành sản phẩm
38

Phần V. Kết luận và đề nghị
40

Tài liệu tham khảo

Mở đầu
Sản xuất axít béo là một ngành trong công nghiệp sản xuất dầu thực vật.
Trong dầu thực vật những axít béo no thờng sử dụng để sản xuất xà phòng,
chất tẩy rửa, sản xuất nến Còn axít béo không no là những axít béo không
thay thế mà cơ thể con ngời không tổng hợp đợc, những axít này đợc đa
vào cơ thể con ngời bằng cách bổ sung vào thực phẩm hoặc dới dạng thuốc.
ở các nớc có nền công nghiệp phát triển, ngời ta đã sản xuất thuốc
chữa bệnh rối loạn lipid máu từ hỗn hợp axít béo không no. Những axít béo
không no này đợc tách từ dầu thực vật hoặc dầu cá.
Bệnh xơ vữa động mạch là một bệnh khá phổ biến ở các nớc phát triển
là nguyên nhân của tai biến mạch máu não, huyết áp cao gây tàn phế và tử
vong ở ngời lớn tuổi. Hội chứng tăng lipid máu đợc coi là một nguy cơ cho
sự hình thành và phát triển bệnh xơ vữa động mạch [3].
Trong phạm vi đề tài này chúng tôi nghiên cứu hoàn thiện công nghệ
tách axít béo từ dầu đậu tơng bằng phơng pháp enzim để sản xuất thuốc
phòng chống rối loạn lipid máu. Nội dung nghiên cứu của đề tài nhánh nh
sau:
- Hoàn thiện công nghệ tách axít béo từ dầu đậu tơng bằng phơng pháp
enzim.
- Thiết kế, chế tạo thiết bị thuỷ phân dầu ở qui mô thí nghiệm và thực nghiệm.
- Kết hợp với Trung tâm KHCN Dợc - Đại học Dợc: Xây dựng tiêu chuẩn
hỗn hợp axít béo và sản phẩm thuốc Hypochol; Xây dựng qui trình sản xuất
thuốc Hypochol.
- Xác định thời gian bảo quản hỗn hợp axít béo không no và sản phẩm
Hypochol.

1
2. Tổng quan
2.1. Khái niệm chung về axít béo và qúa trình thủy phân, rợu phân

2.1.1. Khái niệm chung về axít béo.
Axít béo là phần quan trọng để cấu thành nên glyxerit. Trong dầu mỡ
động vật, thực vật glyxerit chiếm 95-97%, glyxerit là este của glyxerin
(glyxerol) và axít béo. Glyxerit có công thức tổng quát:

CH
2
OCOR
1


CHOCOR
2
Trong đó R
1
, R
2
, R
3
là các gốc axít béo.

CH
2
OCOR
3

Tri
g
l
y

xerit





R
1
, R
2
, R
3
là các gốc axít béo no hoặc không no. Trong phân tử glyxerit nếu
có 3 gốc axít béo R
1
, R
2
, R
3
thì gọi là glyxerit nếu chỉ có hai gốc axít béo thì
gọi là di- glyxerit chỉ có một gốc axít béo thì gọi là mono- glyxerit.


CH
2
OCOR
2
CH
2
OCOR

2


CHOH CH
2
OCOR
2


CH
2
OH CH
2
OH


Mono-
g
l
y
xerit Di-
g
l
y
xerit

Axít béo tồn tại trong hạt có dầu chủ yếu là các axít béo mạch thẳng. Rất ít
gặp các axít béo có mạch nhánh hay mạch vòng [18].
Axít béo trong dầu mỡ chia làm hai loại axít béo no và axít béo không no.
Trong gốc cacbuahydro của các axít béo không no có thể có 1,2 hoặc 3 nối
đôi. Đôi khi gặp cả axít béo no có nối 3. Trong phân tử axít béo còn gặp các
nhóm chức Hydroxyl - OH, Axeton C=O, hoặc Methyl CH
3
(ở các axít có
mạch nhánh).
Axít béo no (bão hòa)
Có công thức chung là: C
n
H
2n
O
2


2
Axít béo no có gốc cacbuahydro mạch thẳng CH
3
-(CH
2
)-COOH. Axít
béo thờng có số nguyên tử cacbon chẵn. Những axít béo có chứa số nguyên
tử cacbon lẻ đợc tìm thấy ở mỡ cừu, mỡ bò nhng hàm lợng axít béo này
thấp (khoảng 1%) nên đôi khi khó phát hiện.
Những axít béo no thờng gặp có số nguyên tử cacbon từ C

1
đến C
29
(ví
dụ nh axít muravic HCOOH, axít melixinoic C
29
H
59
COOH).
Những axít béo no thờng chứa nhiều trong mỡ động vật và một số dầu
thực vật nh dầu dừa, dầu cọ, bơ cacao. Axít béo no có nhiệt độ đông đặc cao
nên dầu chứa glyxerit của axít béo no thờng bị đông đặc ở ngay nhiệt độ
thờng của mùa đông (18-22
0
C). Vì vậy các dầu trên đa vào nhóm dầu cứng.
Thành phần axít béo của dầu dừa chiếm tới 60-90% axít béo no, trong dầu cọ:
39-63%, trong bơ cacao 60%. Các nghiên cứu cho thấy vai trò của các axít
béo no trong việc làm tăng cholesterol trong máu, gây vữa xơ động mạch,
ngời ta chủ trơng giảm mỡ động vật và thay thế bằng dầu thực vật lỏng
trong chế độ ăn của ngời có tuổi. Tuy nhiên không phải tất cả các axít béo no
đều nguy hiểm nh nhau. Axít myristic làm tăng LDL.C (cholesterol trong
lipoprotein có tỷ trọng thấp), axít stearic ít có ảnh hởng, axít lauric có tác
động tốt với HDL.C (cholesterol trong lipoprotein có tỷ trọng cao) để hạn chế
tác dụng xấu của LDL [4].
Axít béo không no (không bão hòa)
Axít béo không no có công thức
- C
n
H
2n-2

O
2
trong mạch cacbonhydro có 1 nối đôi
- C
n
H
2n-4
O
2
trong mạch cacbonhydro có 2 nối đôi
- C
n
H
2n-6
O
2
trong mạch cacbonhydro có 3 nối đôi
Axít béo không no của glyxerit chứa nhiều trong dầu thực vật: dầu đậu
tơng, dầu vừng, dầu bông. dầu oliu, dầu lanh. Những dầu trên đây thuộc
nhóm dầu lỏng.

3
Bảng 2.1. Thành phần axít béo không no chủ yếu của một số loại dầu lỏng
Hàm lợng axít béo (%)
Tên dầu
Oleic (C
18:1
) Linoleic(C
18:2
) Linolenic (C

18:3
)
Dầu đậu tơng 23-29 50-57 7-9
Dầu vừng 48,1 48,0
Dầu ngô 42-45 40-48
Dầu hớng dơng 25-35 55-72
Dầu bông 29-44 33-50
Dầu hạt cải 55-60 30-33
Dầu lạc 51-80 7-26
Dầu Oliu 64-85 4-12
Nhìn chung các loại dầu trên đây đều là các loại dầu dùng trong thực phẩm.
Công thức của một số axít béo không no:
Axít Oleic: CH
3
- (CH
2
)
7
- CH=CH-(CH
2
)
7
- COOH
Axít linoleic: CH
3
- (CH
2
)
4
- CH=CH- CH

2
- CH=CH- (CH
2
)
7
- COOH
Axít Linolenic:CH
3
-CH
2
-CH=CH-CH
2
-CH=CH-CH
2
-CH=CH- (CH
2
)
7
- COOH
Các axít béo trên đây là các axít béo cần thiết mà cơ thể không tự tổng hợp
đợc, phải cung cấp từ thức ăn. Các axít này có hoạt tính sinh học cao còn
đợc gọi là các axít béo không thay thế.
Về cơ chế tác dụng của nhóm axít béo không no nói chung và từng axít béo
nói riêng còn nhiều bàn cãi. Song nhìn chung các kết qủa nghiên cứu đều cho
thấy rằng các axít béo không no có tác dụng làm giảm cholesterol trong máu.
Axít linoleic (C
18:2
) làm giảm LDL.C, axít linolenic (C
18:3
) có tác dụng làm

giảm triglyxerit máu và điều hòa kết dính tiểu cầu [3].
Trong dầu, mỡ động, thực vật axít béo tồn tại chủ yếu dới dạng liên kết
(glyxerit) chủ yếu có một lợng nhỏ ở dạng tự do.

4
2.1.2. Quá trình thủy phân
Thủy phân là qúa trình phân hủy glyxerit để tạo thành các axít béo và
glyxerin. Đó là phản ứng xảy ra giữa glyxerit và nớc. Qúa trình thủy phân có
thể xảy ra ngay trong các hạt có dầu phụ thuộc điều kiện bảo quản chúng.
Trong qúa trình khai thác và chế biến dầu cũng có thể xảy ra qúa trình thủy
phân.
Qúa trình thủy phân xảy ra qua từng giai đoạn thể hiện ở sơ đồ sau:

CH
2
OCOR
1
CH
2
OH

CHOCOR
2
+ H
2
O CHOCOR
2
+ R
1
COOH

CH
2
OCOR
3
CH
2
OCOR
3


CH
2
OH CH
2
OH

CHOCOR
2
+ H
2
O CHOCOR
2
+ R
3
COOH

CH
2
OCOR

3
CH
2
OH



CH
2
OH CH
2
OH

CHOCOR
2
+ H
2
O CHOH + R
2
COOH

CH
2
OH CH
2
OH


Triglyxerit Diglyxerit Monoglyxerit Glyxerin

Các giai đoạn của qúa trình thủy phân xảy ra liên tiếp từ giai đoạn này đến kế
tiếp giai đoạn kia. Nếu qúa trình thủy phân không xảy ra đến giai đoạn cuối
cùng thì trong sản phẩm thu đợc ngoài axít béo tự do còn có hỗn hợp mono
hoặc diglyxerit .Phản ứng thủy phân đều là phản ứng hai chiều vì vậy để chỉ
có thể xảy ra chiều tạo thành axít béo (không có phản ứng ngợc lại) ngời ta
phải cho lợng nớc lớn hơn 10-15 lần so với lý thuyết. Tốc độ của phản ứng
thủy phân dới tác dụng của nớc xảy ra ở nhiệt độ thờng rất nhỏ. Khi tăng
nhiệt độ lên đến 100
0
C mặc dù tốc độ thủy phân glyxerit có tăng nhng không

5
đáng kể. Glyxerit của các axít béo phân tử cao thờng tan rất ít trong nớc vì
vậy thủy phân glyxerit trong điều kiện nh trên (nhiệt độ 100
0

C) chỉ xảy ra
trên bề mặt ranh giới giữa pha glyxerit và pha nớc. Nếu nh hỗn hợp không
đợc nhũ hóa thì tốc độ thủy phân không lớn. Chỉ có nhiệt độ cao 200
0
C, dới
áp lực hoặc có xúc tác thì tốc độ thuỷ phân mới tăng đáng kể, các chất xúc tác
thờng là axít hoặc kiềm [18]. Có thể tăng tốc độ phản ứng thủy phân bằng
enzim lipaza. Lipaza đợc tách từ các cơ quan của động vật goi là zoolipaza,
còn từ thực vật gọi là phitolipaza. Hai nhóm lipaza này hơi khác nhau về mặt
tính chất mặc dù chúng có chức năng sinh hóa giống nhau nh là thủy phân
các este phức tạp để tạo thành rợu và các axít béo.
2.1.3. Qúa trình rợu phân glyxerit
Glyxerit của các axít béo khi đun nóng đến 80
0
C với Methanol hoặc Ethanol
trung tính có xúc tác là kiềm sẽ xảy ra qúa trình rợu phân. Kết qủa của phản
ứng sẽ thu đợc glyxerin và ethanol este của axít béo. Tơng tự nh thủy
phân, qúa trình rợu phân cũng chia làm 3 giai đoạn vàcó thể tóm tắt nh sau:

CH
2
OCOR CH
2
OH

CHOCOR + 3C
2
H
5
OH CHOH + 3C

2
H
5
OCOOR

CH
2
OCOR CH
2
OH





Để thu đợc axít béo phản ứng tiếp theo xảy ra với sự có mặt của xút sau đó
axits hóa bằng H
2
SO
4
thu đợc axít béo tự do và muối sunfat natri.

C
2
H
5
OCOOR + NaOH RCOONa + C
2
H
5

OH

RCOONa + H
2
SO
4
RCOOH + Na
2
SO
4



Ethanol este của các axít béo tan rất tốt trong ethanol. Vì vậy khi đun glyxerit
với kiềm trong ethanol lập tức thu đợc dung dịch đồng nhất và qúa trình xà
phòng hóa các ethanol este của axít béo xảy ra với tốc độ lớn [18].

6
2.2. Các công nghệ thu nhận axít béo
- Phân hủy glyxerit thành glyxerin và các axít béo bằng các xúc tác của
Petrov và axít sunfuric ở nhiệt độ 100
0
C.
Phơng pháp này rất cũ và đợc sử dụng ở Liên Xô cũ cách đây 50-60 năm
hiện nay không còn đợc áp dụng vì axít béo thu đợc có mầu sẫm, glyxerin
thu đợc nhiều tạp chất [18].
- Phân hủy glyxerit dới áp suất 8-10at ở nhiệt độ 170-180
0
C với xúc tác là
ZnOH hoặc ZnO.

Phơng pháp này sau đó cũng không đợc dùng vì với sự hiện đại hóa của
thiết bị ngời ta có thể phân hủy glyxerit ở áp suất 20-25at ở nhiệt độ 210-
225
0
C mà không cần xúc tác, phơng pháp này ở Liên Xô cũ đợc ứng dụng
rộng rãi vào những năm 70.
- Phân hủy glyxerit trên thiết bị cột làm viêc dới áp suất 40at ở nhiệt độ
250
0
C.
Axít hóa cặn xà phòng để thu nhận axít béo với axít sunfuric nồng độ 80-92%
ở nhiệt độ 80
0
C. Sau đó axít béo đợc rửa bằng nớc nóng cho đến khi nớc
rửa đạt pH trung tính. Phơng pháp này cũng đợc sử dụng rộng rãi trong
công nghiệp chế biến dầu và sản xuất xà phòng. Những axít béo thu đợc là
hỗn hợp axít béo chất lợng không cao và không theo ý muốn (bao gồm cả
axít béo phân tử thấp axít béo no).
- Phơng pháp chng cất axít béo [18, 20]
Bằng phơng pháp chng cất có thể thu nhận đợc các axít béo dễ bay hơi, lôi
cuốn với hơi nớc, đó thờng là các axít béo tự do phân tử thấp. ở áp suất
bình thờng (760mmHg) những axít béo phân tử cao: palmitic, stearic, oleic,
linoleic, linolenic và các axít béo khác sôi ở nhiệt độ rất cao và trong qúa trình
chng cất chúng bị phân hủy. Để giảm nhiệt độ sôi của các axít béo ngời ta
chng cất trong chân không. Chng cất axít béo cũng có thể thực hiện bằng
phơng pháp gián đoạn hoặc liên tục. Chng cất axít béo thờng thực hiện ở
nhiệt độ 220-230
0
C, áp suất chân không còn lại 10mmHg, dùng hơi qúa nhiệt
do áp lực 1,2-1,3at. Giai đoạn cuối cùng của qúa trình chng cất axít béo có

7
thể nâng nhiệt lên 250
0
C. Axít béo chng cất đợc đa sang thiết bị ngng tụ,
lắng và thu hồi axít béo [18].
- Phơng pháp Enzim
Những kết qủa nghiên cứu và ứng dụng enzim trên thế giới vài chục
năm nay trong công nghiệp đã đem lại hiệu qủa kinh tế lớn, làm tăng đáng kể
phẩm chất của sản phẩm mới. Sử dụng enzim trong sản xuất cho phép đa ra
các sơ đồ, nguyên tắc kỹ thuật mới, đơn giản hóa qúa trình sản xuất tiết kiệm
nguyên liệu cải thiện điều kiện lao động trong nhiều ngành sản xuất.
Đặc biệt trong công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dợc công nghiệp hóa
chất, da, dệt enzim đợc ứng dụng rộng rãi để chế biến thịt, cá, sữa sản xuất
đờng từ tinh bột, sản xuất bánh kẹo, rợu bia sản xuất chất tẩy rửa.
Viện Công nghiệp Thực phẩm đã có rất nhiều công trình nghiên cứu sản xuất
chế phẩm enzim thô [9] và ứng dụng chế phẩm enzim của hãng Novo Đan
Mạch trong các ngành: dệt để rũ hồ vải [8], ngành rợu bia để nâng cao hiệu
suất và chất lợng sản phẩm đồ uống [7,17], ngành đờng bột để sản xuất các
loại đờng [10,12,16] trong sản xuất nớc mắm để rút ngắn thời gian lên men
[11,13] và những năm gần đây, enzim đã đợc ứng dụng trong chế biến qủa ở
quy mô thực nghiệm và sản xuất thử [1,11].
Các chế phẩm enzim đợc dùng hiện nay ở dạng chế phẩm dịch cô đặc hoặc
dạng khô có độ tinh khiết khác nhau. Tất cả các chế phẩm này đều có thể hòa
tan trong nớc hoặc các dung dịch tơng ứng, những enzim này gọi là enzim
hòa tan [2].
Trong đa số trờng hợp khi sử dụng thờng cho enzim trực tiếp vào
nguyên liệu vì vậy sau phản ứng enzim lẫn vào trong sản phẩm, không tách ra
đợc mà nếu tách ra đợc enzim cũng ở dạng không hoạt động. Do đó enzim
chỉ sử dụng đợc một lần. Để tiện lợi cho việc sử dụng và có thể tái sử dụng

enzim ngời ta đã nghiên cứu sản xuất enzim không hòa tan. Những nghiên
cứu này bắt đầu từ những năm 50. Các phơng pháp thu nhận enzim không tan
đó là phơng pháp hấp phụ, liên kết hóa trị, bao enzim vào màng lới của gel
để gắn enzim vào các chất không tan trong nớc gọi là chất mang. Chất mang

8
thờng đợc dùng là xenlulo, tinh bột, sephadex, agaroza, gel polyacrylamit,
bột thủy tinh Gần đây nhất là alginat sản xuất từ tảo nâu [1].
Việc nghiên cứu sử dụng enzim không tan ngày càng phát triển nhanh
chóng, cho đến nay ngời ta đã sản xuất đợc các chế phẩm không tan khác
nhau của hàng trăm enzim.
Những enzim đợc gắn lên chất mang gọi là enzim cố định. Để nâng
cao chất lợng của các chế phẩm enzim hãng Novo Đan Mạch đã cho ra đời
nhiều loại enzim cố định và enzim dạng hạt [23].
Trong công nghiệp có thể cho enzim cố định vào bể chứa hoặc các cột
và cho nguyên liệu đi qua liên tục. Qúa trình sản xuất cũng có thể thực hiện
theo phơng pháp gián đoạn từng mẻ. Cho lợng enzim nhất định vào khối
nguyên liệu trong thiết bị cánh khuấy, sau phản ứng enzim đợc tách ra bằng
cách lọc, sau đó enzim đợc xử lý để tái sử dụng:
u việt của việc sử dụng enzim cố định
- Giảm giá thành vì có thể sử dụng lặp lại nhiều lần một lợng enzim
nhất định, đầu t vốn thấp.
- Enzim không lẫn trong sản phẩm do đó tránh đợc ảnh hởng không
tốt của nó đối với sản phẩm.
- Có thể ngừng nhanh chóng phản ứng một cách đơn giản.
- Enzim cố định dễ bảo quản và vận chuyển hơn enzim hòa tan.
Enzim Lipaza và ứng dụng trong các ngành công nghiệp
Hiện nay các enzim lipaza đợc ứng dụng rộng rãi, chúng đợc thu
nhận từ động vật thực vật và các vi sinh vật. Lipaza vi sinh vật đợc sử dụng
trong công nghiệp thực phẩm chủ yếu để sản xuất các sản phẩm sữa. Lipaza

cũng đợc ứng dụng trong công nghiệp hóa chất, công nghiệp dợc, mỹ phẩm,
da giầy [23].
Xu hớng mới là dùng enzim cố định để tổng hợp este thủy phân
triglyxerit và tổng hợp các thành phần hơng [19]. Nếu nh ứng dụng enzim
trong các ngành công nghiệp đồ uống, đờng bột, dệt, da, giầy xuất hiện từ
những năm 50 thì enzim đợc dùng trong ngành dầu thực vật mới chỉ bắt đầu
từ những năm 70 [21,23].

9
Trong chế biến dầu 2 enzim phổ biến và dùng nhiều nhất là lipaza và
phospholipaza. Lipaza và phospholipaza là loại enzim đặc biệt của nhóm
esteraza. Lipaza thủy phân triglyxerit còn phospholipaza thủy phân
phospholipit nh lexitin. Có một số loại lipaza khác nhau: có loại chỉ thủy
phân một số loại axít béo đặc chủng, ví dụ có những loại lipaza chỉ thủy phân
các axít béo có mạch ngắn (C
2
- C
10
) trong khi đó có những loại lipaza chỉ
thủy phân các axít béo không no mạch dài nh axít oleic, linoleic, linolenic.
Trong một số trờng hợp khác lipaza lại có thể thủy phân các axits béo
ở vị trí đặc biệt, nhiều lipaza thủy phân các axít béo ở vị trí C
1
và C
3
trong
phân tử triglyxerit. Điều này lý giải rằng khó có thể thủy phân hoàn toàn
triglyxerit đến glyxerin và axít béo tự do. Một điều đáng lu ý là sau khi các
axít béo đợc giải phóng nhanh ra khỏi vị trí C
1

và C
3
thì axít béo ở vị trí C
2

đợc este hóa và chuyển vào vị trí C
1
hoặc C
3
(phản ứng xảy ra rất chậm) và
từ vị trí này axít béo đợc thủy phân tiếp bởi lipaza [23].
Có thể phân biệt đặc tính giữa các lipaza và esteraza một cách chung
nhất là lipaza có xu hớng hoạt động ở lớp phân cách nớc - dầu. Vì vậy để
tăng khả năng hoạt động của lipaza ngời ta thờng sử dụng chất nhũ hóa,
hoặc là dầu đợc nhũ hóa với nớc để tăng khả năng hoạt động của lipaza.
Lipaza đợc sử dụng để phát triển hơng cho phomát tạo ra các sản
phẩm phomát khác nhau [18]. ứng dụng lipaza để tổng hợp este từ các axít
cacboxylic (axít béo) và alcol.
Một số loại Lipaza:
1. Lipaza 1,3 đặc chủng
Tác dụng xúc tác: thủy phân các axít béo ở cả 2 vị trí C
1
và C
3
trong triglyxerit
(xem công thức A)
Nguồn chiết xuất
Tuyến tụy của bò và lợn Aspergillus niger, Mucor miehei, Rhizopus arrhizus,
Penicillium roqueforti

10


O

1
CH
2
- O - C - R
1


O

2
CH - O - C - R
2


O

3
CH
2
- O - C - R
3


(Công thức A)

Sản phẩm trên của hãng Novo có tên thơng phẩm là:
Palatase
1M
, Palatase
1M
M, Lipozim
1M
2. Lipaza có ký hiệu S
n
- 3
Chỉ thủy phân 1 trong 2 axít béo ở vị trí C
1
hoặc C
3
trong triglyxerit nguồn
chiết xuất: tuyến nớc bọt của cừu cái và bê con.
3. Lipaza không đặc chủng:
Thủy phân các axít béo ở tất cả các vị trí C

1
C
2
và C
3
trong triglyxerit.
Nguồn chiết xuất: Candida Cylindracea, Staphylococus aureas
4. Lipaza đặc chủng cho các axít béo không no
Chỉ thủy phân axít béo không no ở vị trí cacbon thứ 9 (nghĩa là axít oleic)
Nguồn chiết xuất: Geotricum candidum.
2.3. Tình hình sản xuất, ứng dụng axít béo và các phụ phẩm trong qúa
trình thủy phân glyxerit.
Trong qúa trình thủy phân triglyxerit các sản phẩm đợc tạo thành là
axít béo tự do (phần chính) và glyxerin.
Glyxerin tuy là phụ phẩm trong qúa trình thủy phân nhng nó đợc sử
dụng rất rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, trong dợc phẩm, mỹ phẩm và
công nghiệp dợc phẩm (làm chất định hơng). Axít béo là sản phẩm chính và
đợc sử dụng rất nhiều trong công nghiệp hóa chất : sản xuất alcol este, sản

11
xuất xà phòng kim loại và chất tẩy rửa, công nghiệp dệt. Axít béo là nguyên
liệu quan trọng nh là xơng sống của ngành công nghiệp hóa - olein.
Nhiều công trình nghiên cứu của các chuyên gia trên thế giới và trong
nớc đã chứng minh rằng dùng dầu lỏng (chứa nhiều axít béo không no) và
đặc biệt dùng hỗn hợp axít béo không no làm giảm đợc cholesterol trong
máu. ở Anh ngời ta đã đa vào khẩu phần ăn kiêng các axít béo no nhóm n-3
và n-6 (nối đôi ở vị trí C
3
và C
6

trong phân tử axít béo không no) và thấy rằng
Cholesterol máu giảm đi nhiều. Thậm chí ngời ta đã sản xuất các loại thức ăn
có bổ sung axít béo không no nhóm n-3 đợc chiết xuất từ cá. Nh sản xuất
bánh bích quy, các loại bánh, đồ uống, kem có bổ sung axít béo không no
nhóm n-3 [20]. Năm 1997 hãng dợc phẩm Pie Fabre (của Pháp) đã đa ra thị
trờng loại thuốc mang tên MAXEPA, thành phần chính của thuốc là axít béo
không no thuộc họ omega-3 chiết xuất từ dầu cá [5].
Sự tăng cholesterol trong máu không phải chỉ phụ thuộc vào sự tăng
cholesterol trong khẩu phần thức ăn hàng ngày. Cholesterol trong máu tăng là
do thiếu các axít béo không no cần thiết trong cơ thể nh axít linoleic, oleic,
linolenic, những axít này có vai trò rất lớn là điều động cholesterol, tránh
không cho cholesterol tụ lại ở các mô tế bào nhất là ở tế bào thành động mạch.
Nhiều tác giả cho rằng vấn đề este hoá cholesterol đóng vai trò rất quan trọng.
Đặc tính làm giảm cholesterol là nhờ có các axít béo không no làm cholesterol
đợc chuyển sang dạng hoà tan không bền (hơn 60% cholesterol trong máu là
este của cholesterol và axít linoleic). Quá trình này đợc thể hiện nh sau [2]:

12



+ RCOOH + H
2
O

D
C
BA
D
C

B
A
HO
ROCO

Cholesterol Axít béo Cholesterol este

Nhiều tác giả cho rằng vấn đề este hóa cholesterol đóng vai trò rất quan
trọng. Đặc tính làm giảm cholesterol trong máu là do nhờ có các axít béo
không no làm cho cholesterol đợc chuyển sang dạng hòa tan không bền (hơn
60% cholesterol trong máu là este của cholesterol và axít linoleic) [5,22].
2.4. Tình hình nghiên cứu ngoài nớc và trong nớc
2.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nớc
Dầu thực vật chứa nhiều axít béo không no: C
18:1
; C
18:2
; C
18:3
, hỗn hợp
axít béo không thay thế này còn gọi là vitamin F. Vitamin F rất cần thiết đối
với sức khỏe nhất là đối với những ngời có bệnh cao huyết áp nên ở các nớc
Nga, Mỹ, úc, Bulgaria họ đều quan tâm đến công nghệ thủy phân dầu để tách
hỗn hợp axít béo, ứng dụng trong công nghiệp dợc và một số công nghiệp
khác. ở các nớc tiên tiến thuỷ phân dầu đều tiến hành bằng cả hai phơng
pháp: phơng pháp thủy phân hóa học và phơng pháp bằng enzim. Đối với
các sản phẩm thuốc thủy phân theo phơng pháp enzim đợc lựa chọn là một
phơng pháp tối u.
2.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nớc

ở Việt Nam cha có cơ sở nào tách axít béo từ dầu thực vật ngay cả
phục vụ cho mục đích mỹ phẩm. Do có nhu cầu về hỗn hợp axít béo không
thay thế (vitamin F) cho sản xuất thuốc chống rối loạn lipít trong máu, chống
bệnh xơ vữa động mạch nên Bệnh viện Trung ơng Quân đội 108 hợp tác
Viện Công nghiệp Thực phẩm nghiên cứu công nghệ thủy phân hợp dầu thực

13
vật để tách hỗn hợp axít béo không no không thay thế. Thủy phân hỗn hợp
axít béo không thay thế từ các loại dầu đậu tơng bằng phơng pháp hóa học
cho kết qủa tốt. Tuy nhiên hiệu suất thu hồi axít béo cha cao. Thủy phân
bằng enzim thu đợc hỗn hợp axít béo tinh khiết hơn phục vụ cho công nghiệp
dợc, sản xuất thuốc chữa bệnh rối loạn lipid trong máu.
Đề tài đi sâu vào ứng dụng các axít béo trong công nghiệp dợc để sản
xuất thuốc chữa bệnh rối loạn lipid máu. Nhiều công trình nghiên cứu của các
chuyên gia thế giới và trong nớc đã chứng minh rằng dùng dầu lỏng (chứa
nhiều axít béo không no) và đặc biệt dùng hỗn hợp axít béo không no làm
giảm đợc cholesterol trong máu [3].
Dựa vào những lý giải về mặt khoa học trên đây từ năm 1995 nhóm
nghiên cứu đứng đầu là GS. Phạm Tử Dơng của bệnh viện Trung ơng quân
đội 108, đã dùng hỗn hợp axít béo chiết xuất từ đậu tơng (đặt tên là
Hypochol) để điều trị hội chứng rối loạn lipid máu. Hỗn hợp axít béo trên
đợc sản xuất bằng phơng pháp hoá học [4].
Quá trình thủy phân axít béo dầu đậu tơng bằng phơng pháp hóa học
là do nhóm đề tài nghiên cứu này đề xuất. Nhng hiệu suất thủy phân cha
cao, hỗn hợp thu đợc có chỉ số axít mới đạt 34,54. Sau này Viện Công nghiệp
Thực phẩm có cải tiến chế độ thủy phân chỉ số axít của sản phẩm tăng lên
đợc trên 40% (hay 80mgKOH/g dầu).
Năm 1999 - 2000 Viện Công nghiệp Thực phẩm kết hợp với truòng Đại
học Dợc Hà Nội tiếp tục sản xuất Hypochol (Viện Công nghiệp Thực phẩm
cung cấp hỗn hợp axít béo, trờng Đại học Dợc sản xuất viên nang) cung cấp

cho nhóm nghiên cứu của GS. Phạm Tử Dơng điều trị chứng rối loạn lipít
máu trên số lợng bệnh nhân lớn hơn. Kết qủa điều trị thông qua các xét
nghiệm một lần nữa khẳng định tác dụng của Hypochol trong việc làm giảm
triglyxerit và cholesterol trong máu.
Với mong muốn nâng cao hiệu suất thủy phân và nâng cao chất lợng
sản phẩm, chúng tôi lựa chọn phơng pháp thủy phân bằng phơng pháp
enzim.

14
Phần II. Nguyên liệu và phơng pháp nghiên cứu
2.1. Nguyên liệu
- Dầu đậu tơng thô thu đợc bằng phơng pháp ép cơ giới, sau đó tinh chế
theo phơng pháp gián đoạn bằng kiềm đặc, tẩy màu với than và đất hoạt tính.
Chỉ số axít của dầu đậu tơng tinh chế 0,5mgKOH/g.
- Enzim dùng để xúc tác phản ứng thuỷ phân là Lipozim
1M
(lipaza cố định của
hãng Novo Đan Mạch) đợc chiết xuất từ Aspergillus niger, Mucor miehei,
Rhizopus arhizus, Penicillium roqueforti. Lipozim
1M
là enzim đợc cố định
trên chất mang là dẫn suất xenluloza.
2.2. Phơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Phơng pháp công nghệ
- Phơng pháp thuỷ phân liên tục trên cột đợc nhồi Lipozim
1M
. Nhiệt độ hoạt
động thích hợp từ 30 - 70
0
C. pH không ảnh hởng đến hoạt động của enzim.

- Phơng pháp đóng nang: dùng phơng pháp nhỏ giọt, tại Trung tâm Khoa
học và Công nghệ. Trờng Đại học Dợc Hà Nội .
2.2.2. Thiết bị thủy phân:
- Thiết bị thuỷ phân phòng thí nghiệm là cột bằng thủy tinh có đờng kính
trong là 1,5cm, chiều cao cột 25cm, gồm 2 vỏ để có thể điều chỉnh nhiệt độ
của phản ứng bằng máy điều nhiệt. Dầu đa vào cột cũng đợc gia nhiệt trong
cột 2 vỏ khác.
- Thiết bị thủy phân Inox quy mô thực nghiệm:
+ Đờng kính trong là 160mm.
+ Đờng kính ngoài: 250mm
+ Chiều cao cột 1600mm.
+ Năng suất thủy phân: 1kg/giờ
2.2.3. Phơng pháp phân tích:
- Xác định thành phần axít béo của dầu tinh chế và hỗn hợp axít béo bằng máy
sắc ký khí HP-5890 của hãng Hewlett Packard. Cột dài 30m. Đờng kính
0,32mm. Nhiệt độ buồng bơm mẫu 240
0
C. Khí mang là He.
- Xác định chỉ số axít của dầu và hỗn hợp axít béo theo TCVN [6]

15
- Xác định hàm ẩm của dầu và hỗn hợp axít béo theo TCVN [6]
- Xác định chỉ số peroxit theo TCVN [6]
- Xác định hoạt lực enzim:
+ Đơn vị hoạt lực lipaza [7] tính bằng số ml NaOH và KOH 0,1N dùng
để trung hòa lợng axít béo giải phóng ra dới tác dụng của lipaza trong 1g
dầu.
+ Chỉ số axít của dầu là số mgKOH cần thiết để trung hòa axít béo tự
do có trong 1g dầu.
+ Chúng tôi đánh gía hoạt lực enzim Lipozim

1M
thông qua chỉ số axít
của dầu và hỗn hợp axít béo sau khi thủy phân. Hỗn hợp axít béo có chỉ số
axít càng cao thì hoạt lực Lipozim
1M
càng đạt cao.
- Thử độc tính cấp LD
50
- tiêu chuẩn Dợc điển Việt Nam III trên chuột nhắt
trắng - đa liều 25-50ml/kg cho vào dạ dày qua ống thông - xác định liều chết
50% (LD
50
).

16
Phần III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
3.1. Kết quả phân tích về nguyên liệu.
Nguyên liệu chính đợc dùng để sản xuất các axít béo là dầu đậu tơng
tinh chế. Dầu đậu tơng thô tinh chế theo phơng pháp gián đoạn bằng kiềm
đặc, tẩy màu với than và đất hoạt tính. Kết quả phân tích các chỉ tiêu đợc thể
hiện qua bảng 1.
Bảng 1: Kết quả phân tích các chỉ tiêu về dầu đậu tơng thô và dầu tinh chế
Kết quả
STT Chỉ tiêu phân tích
Đơn vị tính
Dầu đậu
tơng thô
Dầu đậu tơng
tinh chế
1 Chỉ số axít mgKOH/g 11,2 0,3

2 Chỉ số peroxyt meqO
2
/kg 5,1 0,7
3 Hàm ẩm % 1,00 0,01

Dầu đậu tơng tinh chế tại Viện Công nghiệp Thực phẩm đạt TCVN về
dầu tinh chế.
3.2. Hoạt hóa Lipozim
1M
để tăng khả năng thuỷ phân dầu.
Thí nghiệm làm tăng hoạt lực Lipozim
1M
với các tỉ lệ phụ gia khác nhau
từ 6, 8, 10, 12, 14, 16% (so với trọng lợng Lipozim
1M
). Các thí nghiệm đợc
tiến hành trong cùng một điều kiện: bổ sung phụ gia vào enzim, lắc nhẹ hỗn
hợp 30 phút trong một lọ kín, sau đó để ổn định ở nhiệt độ 10
0
C trong 10 giờ
để enzim đạt trạng thái cân bằng. Nhiệt độ thuỷ phân 35
0
C, tốc độ chảy của
dầu trên cột thuỷ tinh 20g/h. Kết quả đợc trình bày ở bảng 2 và đồ thị 1.

17
Bảng 2: ảnh hởng của tỉ lệ phụ gia dùng để tăng khả năng
thuỷ phân của Lipozim
1M

STT
Tỷ lệ phụ gia
(%)
Chỉ số axít (mgKOH/g) của
dầu đậu tơng thuỷ phân
Nhận xét
1 6 102,857
2 8 106,180
Hoạt lực thuỷ
phân của enzim
thấp.
3 10 113,900
4 12 114,263
Hoạt lực thuỷ
phân của enzim
đạt yêu cầu.
5 14 114,000
6 16 113,163
Hoạt lực thuỷ
phân của enzim
giảm.
Đồ thị 1: ảnh hởng của tỷ lệ phụ gia đến khả năng
thủy phân của Lipozim
1M
100
102
104
106
108
110

112
114
116
6 8 10 12 14 16
Tỷ lệ phụ gia (%)
Chỉ số axít dầu đậu tơng
thủy phân (mgKOH/g)
Nhận xét: Qua kết qủa bảng 2 và đồ thị 1 cho thấy tỷ lệ phụ gia 10-12%
cho hoạt lực enzim cao nhất 113,9 - 114,263 mgKOH/g.
3.3. Hoàn thiện công nghệ xử lý dầu trớc khi thuỷ phân.
Dầu trớc khi thuỷ phân cần đợc xử lý với phụ gia để tăng bề mặt tiếp
xúc giữa dầu và enzim. Xử lý dầu với phụ gia ở các tỷ lệ 6, 8,10, 12, 14% so
với trọng lợng dầu.
Cách xử lý dầu: Cho lợng chất phụ gia vào dầu, khuấy bằng máy
khuấy cơ học 10 phút với tốc độ 840 vòng/phút ở nhiệt độ 40-50
0
C. Sau đó
dầu đã xử lý đợc đa thuỷ phân trên cột. Nhiệt độ thuỷ phân 35
0
C, kết quả
đợc thể hiện qua bảng 3 và đồ thị 2.

18

Bảng 3: ảnh hởng của tỷ lệ phụ gia xử lý dầu đến quá trình thuỷ phân
STT
Tỷ lệ phụ gia
(% so với trọng
lợng dầu)
Chỉ số axít (mgKOH/g) của

dầu đậu tơng thuỷ phân
Nhận xét
1 6 100,16
2 8 108,05

3 10 114,80
4 12 114,88
Hoạt lực thuỷ phân
của enzim đạt yêu cầu
5 14 84,70
Đồ thị 2:
ả
nh hởng của tỷ lệ phụ gia dùng để xử lý
dầu đến chỉ số axít của dầu thủy phân
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
6 8 10 12 14
Tỷ lệ phụ gia (%)
Chỉ số axít dầu đậu tơng thủy phân
(mgKOH/g)
Nhận xét: Qua bảng 3 và đồ thị 2 cho thấy tỷ lệ chất phụ gia 10-12%

cho hoạt lực enzim cao nhất. Vì thế tỷ lệ phụ gia đợc chọn là 10 - 12%.
3.4. Hoàn thiện công nghệ thủy phân dầu trên cột
Inox quy mô pilot.
Chúng tôi đã thiết kế, chế tạo 2 thiết bị thuỷ phân dạng cột Inox nh đã
trình bày ở phần phơng pháp nghiên cứu.

19
3.4.1 Nghiên cứu ảnh hởng tốc độ chảy của dầu đến quá trình thuỷ phân.
Tốc độ chảy của dầu qua cột thuỷ phân quyết định rất nhiều đến khả
năng xúc tác của enzim. Các thí nghiệm thuỷ phân dầu đậu tơng đợc thực
hiện trong cùng một điều kiện: nhiệt độ thuỷ phân 35
0
C, enzim đợc hoạt hoá
với 10-12% phụ gia và để ổn định trong 1 giờ, dầu đợc xử lý với 10% phụ
gia. Tốc độ phản ứng thuỷ phân phụ thuộc tốc độ chảy của dầu và đợc điều
chỉnh bởi một van. Kết quả đợc trình bày ở bảng 4 và đồ thị 3.
Bảng 4: ảnh hởng tốc độ chảy của dầu đến quá trình thuỷ phân
Số
TT
Vận tốc chảy của dầu qua
cột phản ứng (kg/giờ)
Chỉ số axít của dầu
thuỷ phân (mgKOH/g)
Nhận xét
1 2,0 80,76
2 1,8 90,927
3 1,5 96,823
4 1,2 113,440
5 1,0 114,130
Quá trình thuỷ

phân tốt
6 0,8 114,500
Chỉ số axít tăng
không đáng kể
Đồ thị 3:
ả
nh hởng tốc độ chảy của dầu đến quá
trình thuỷ phân
60
70
80
90
100
110
120
130
2 1.8 1.5 1.2 1 0.8
Tốc độ chảy của dầu (kg/giờ)
Chỉ số axít dầu đậu tơng
thủy phân (mgKOH/g)


20