Quá trình hydrogen hóa chất béo bất bão hòa

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (520.39 KB, 20 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

------Q TRÌNH HYDROGEN HĨA CHẤT BÉO BẤT BÃOHỊA

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS BÙI THỊ BỬU HUÊ Người thực hiện báo cáo: NHÓM 7

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

Lời nói đầu

Lipid – Một trong những thành phần chính cấu thành nên cơ thể sống cũng như sự có mặt của lipid trong các hoạt động hằng ngày là điều cần thiết. Các lipid từ lâu đã được công nhận như một nguồn đáng để khai thác chun sâu và đã có khơng ít chủ đề liên quan đến lipid được các nhà khoa học hướng đến và nghiên cứu trong các bài báo của họ để làm rõ hơn, sâu hơn và nêu bật được lên tầm quan trọng và vai trò của những lipid. Và với chất béo, một trong những khía cạnh nhỏ trong lipid mang những thông tin rất cần để tìm hiểu và nghiên cứu

chuyên sâu hơn khi chúng có những tính chất vật lí và tính chất hóa học chuyên biệt. Bởi tầm quan trọng và vai trò của chất béo đã được chỉ ra rõ nét hơn thông qua các ứng dụng của chúng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, thực phẩm,... Và với q trình hydrogen hóa chất béo đặc biệt là chất béo bất bão hòa đã chứng minh rõ nét về tính ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Từ một chất béo bất bão hòa ở dạng lỏng như các loại dầu như dầu ô liu, dầu dừa, dầu đậu nành,… sau q trình hydrogen hóa đã tạo thành các chất béo bão hòa ở dạng rắn hoặc bán rắn như các loại bơ, sáp,… Quá trình này có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo quản thực phẩm cũng như nâng cao chất lượng của sản phẩm đến với người tiêu dùng. Chúng mang lại những lợi ích to lớn trong nghành cơng nghiệp nói riêng cũng như các lĩnh vực trong đời sống nói chung.

Q trình hydro hóa chất béo bất bão hòa là đề tài mà đã và đang được các nhà khoa học tìm tịi và nghiên cứu. Không

khẳng định đây là đề tài mới nhưng về tầm ảnh hưởng và vai trò của q trình này thì nhận khá ít sự tranh cãi. Vì đây là đề tài có tính ứng dụng cao và có thể áp dụng vào đời sống thực tiễn hằng ngày, bài báo cáo sau đây sẽ làm rõ hơn về đề tài này!

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Lời giới thiệu

Quyển báo cáo nhằm mục đích cung cấp kiến thức và tìm hiểu sâu hơn về đề tài q trình hydrogen hóa chất béo bất bão hịa và ứng dụng, quyển báo cáo này sẽ cung cấp các khái niệm, cấu trúc và tính chất vật lí, hóa học của các lipid, acid béo và chất béo. Đặc biệt, là cơ chế phản ứng của q trình hydrogen hóa chất béo bất bão hịa và tính ứng dụng của q trình sẽ giải thích chi tiết, dễ hiểu và logic. Giúp người đọc nắm được các kiến thức và hiểu sâu về đề tài.

Quyển báo cáo được chia làm ba chương và phần tóm tắt cuối

quyển báo cáo. Đầu tiên về CHƯƠNG 1 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT,

chương này sẽ nhắc lại các khái niệm, phân loại cùng với các tính chất vật lý và hóa học về lipid, acid béo và chất béo giúp

ôn lại và củng cố kiến thức cho người đọc. Khi đến với CHƯƠNG

2 – Q TRÌNH HYDROGEN HĨA CHẤT BÉO BẤT BÃO HỊA,

là một trong những phần chính của đề tài, chương này sẽ nêu bậc lên một cách khái quát về q trình hydrogen hóa chất béo bất bão hòa bao gồm các giai đoạn, những cơ chế và các điều

kiện ảnh hưởng đến quá trình. Với CHƯƠNG 3 - ỨNG DỤNG VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA QUÁ TRÌNH, chương này sẽ khai

thác sâu về những ứng dụng cũng như tính thực tiễn của q trình bên ngồi đời sống. Và cuối cùng là phần tóm tắt, sẽ giúp người đọc tinh gọn và chắc lọc lại những kiến thức và thông tin trong quyển báo cáo này!

Do đây là lần làm quyển báo cáo đầu tiên nên không thể nào tránh được những sai xót! Nhóm 7 mong nhận được sự đóng góp của cơ để quyển báo cáo sẽ được hoàn thiện hơn và tốt hơn cho các quyển báo cáo tiếp.

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Xin chân thành cảm ơn cô đã xem và đánh giá về quyển báo cáo này!

Nhóm 7

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Chương 1 Cơ Sở Lý Thuyết...1

1. Một số khái niệm cơ bản...1

1.1 Lipid và cấu trúc...1

1.2 Acid béo...2

1.3 Chất béo và dầu...2

2. Quá trinh hydrogen hóa trong hóa học hữu cơ...6

2.1. Thế nào là q trình hydrogen hóa?...6

2.2 Hydrogen hóa trên chất béo bất bão hịa...7

3. Kết Luận...7

Chương 2. Q Trình Hydrogen Hóa Chất Béo Bất bão Hịa...7

1.Điều kiện xúc tiến cho q trình phản ứng ...8

2.2 Trong công nghiệp...15

2.3 Ứng dụng trong việc sản xuất biodiesel*...15

3 Kết Luận...16

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Chương 1 Cơ Sở Lý Thuyết

1. Một số khái niệm cơ bản1.1 Lipid và cấu trúc

Lipid là nhóm hợp chất khó tan trong nước.

Thường chứa các acid béo-dẫn xuất hydrocarbon chuỗi dài từ 4-36 carbon (12-24C trong tế bào) hoặc nhân sterol. Lipid đã được phân loại như sơ đồ Hình 1

Lipid thực hiện nhiều vai trị sinh học khác nhau . Triacylglycerol được sử dụng để lưu trữ năng lượng và trao đổi chất .

Phospholipids, sphingolipids và cholesterol ( a steroid) là thành

Cấu trúc hóa học của một số Lipid

phổ biến

Sterol chẳng hạn như

cấu trúc Cholesterol

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

phần cấu trúc màng tế bào .Nonsaponifiable lipids thực hiện nhiều chức năng điều hòa (hormones, vitamins)

1.2 Acid béo

Là một acid carboxylic là thành phần chính cấu trúc nên Lipid. Acid béo gồm 2 loại: bão hịa-no (khơng nối đơi) và khơng bão hịa-khơng no (có nối đơi-dạng cis). Ít có sự liên hợp đôi-đơn.

Bảng 1 là liệt kê một số loại acid béo thông dụng .

Chất béo và dầu là hỗn hợp tự nhiên của triacylglycerol, còn được gọi là triglyceride. Chúng khác nhau ở đichất béo là chất rắn ở nhiệt độ phòng và dầu là chất lỏng. Chúng ta thường bỏ qua sự khác biệt này và gọi cả hai nhóm là chất béo.

Table 1.Common Saturated and Unsaturated Fatty Acids

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

3 fatty acids + glycerol triglyceride +3 water

Có thể có rất nhiều loại triaclglycerol. Triacylglycerol đơn giản là những hợp chất trong đó R1, R2 và R3 giống nhau, tức là cả ba phân tử của cùng một acid béo phản ứng với glycerol. Triacylglycerol phức tạp là những chất có R1,R2 và R3 khác nhau. Triacylglycerol tự nhiên là các

triacyglycerol phức tạp.

1.3.2 Phân loại chất béo

1.3.2.1 Thế nào là chất béo bão hòa và bất bão hòa

Chất béo bão hồ(saturated fat)

Chất béo bất bão hồ(unsaturated fat)

Khơng có liên kết đôi (C=C) trong chuỗi hydrocacbon và thường là chất rắn ở nhiệt độ phịng.

Có một hoặc nhiều liên kết đôi (C=C) giữa hai nguyên tử

cacbon trong chuỗi

hydrocacbon và thường là chất lỏng ở nhiệt độ phòng

1.3.2.2 Phân loại chất béo bất bão hòa

Organic acid + alcohol ester chất béo khơng bão hịa vàchất béo bão hịa chính làsự có mặt của các liên kếtđơi chứa trên chuỗihydrocarbon của chúng

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Chỉ chứa một liên kết đôi

trong công thức phân tử Chứa hai hoặc nhiều liên kết đơi

Có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, bao gồm trạng thái rắn, như sáp, và trạng thái lỏng, như dầu. Trạng thái này phụ thuộc vào số lượng và vị trí của các liên kết đơi trong phân tử.

Thường tan ít trong dung mơi khơng phân cực hơn so với chất béo bão hoà do cấu trúc phân tử không đồng nhất và không đều. Tuy nhiên, chúng có thể tan tốt trong dung mơi phân cực như ethanol hoặc acetone

1.3.2.3.2 Tính chất hố học.

Tính chất oxi hố

Các liên kết C=C trong chất béo lỏng bị oxi hóa chậm bởi oxi khơng khí tạo peroxit, chất này phân hủy tạo andehyde có mùi khó chịu .

Phản ứng thuỷ phân trong mơi trường axit

Acid linoleic và glycerol được tạo ra từ việc thủy phân trilinolein (trong môi trường acid )

Phản ứng thuỷ phân trong mơi trường kiềm (xà phịng hố)

Phản ứng thuỷ phân của trilinolein thường sẽ tạo ra các muối của acid béo và glycerol.

Axit oleic (khơng bão hịa đơn, omega-9)

Axit gamma-linolenic (khơng bão hịa đa, omega-6)

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Trong đó, "Muối của axit linoleic" là sản phẩm thu được từ việc axit linoleic (một loại acid béo) tương tác với NaOH để tạo ra muối axit béo và nước. "Glycerol" là sản phẩm còn lại sau khi acid béo đã được tách ra.

Phản ứng hydrogen hố chất béo bất bão hịa

Chúng ta sẽ khai thác sâu hơn về phản ứng hydrogen hóa

Phản ứng này thường được thực hiện trong mơi trường xúc tác như Pd/C hoặc Ni, và điều kiện nhiệt độ và áp suất phù hợp.

2-Oleyl-1,3-distearylglycerol là một triacylglycerol tự nhiên được tìm thấy trong bơ ca cao. (b) Q trình hydro hóa có xúc tác chuyểnđổi 2-oleyl-1,3-distearylglycerol thành tristearin. Tristearin có điểm nóng chảy cao hơn 2-oleyl-1,3-distearylglycerol

Ví dụ, cả hai đều xuất hiện tự nhiên trong bơ ca cao. Cả ba nhóm

acyl trong tristearin đều là nhóm stearyl (octadecanoyl). Trong 2-oleyl-1,3-distearylglycerol, hai nhóm acyl là stearyl, nhưng nhóm ở giữa là oleyl (cis-9-octadecenoyl). Như hình vẽ cho thấy,

tristearin có thể được điều chế bằng q trình hydrogen hóa ,tấncơng vào liên kết đơi cacbon-cacbon của

2-oleyl-1,3-distearylglycerol. Q trình hydro hóa làm tăng điểm nóng chảy từ 43°C trong 2-oleyl-1,3-distearylglycerol lên 72°C trong

tristearin và là một q trình quan trọng ngành cơng nghiệp thực phẩm để chuyển đổi dầu thực vật lỏng thành chất rắn.

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

CH3CO3HSolvent

Đây là một trong những phản ứng quan trọng và hữu ích trong đời sống. Việc biến đổi từ một chất béo bất bão hoà ở thể lỏng (dầu thực vật) thành chất béo bão hoà ở thể rắn hoặc bán rắn (bơ thực vật) có thể được lưu trữ được lâu mà khơng bị oxi hố do các liên kết đơn (C-C) của chất béo bão hồ (khá trơ) ít hoạt động hố học hơn liên kết đơi (C=C) của chất béo bất bão hoà.

2. Quá trinh hydrogen hóa trong hóa học hữu cơ 2.1. Thế nào là q trình hydrogen hóa?

Phản ứng khử bằng hydro dùng để khử các hợp chất chưa no trong xúc tác dị thể hay đồng thể .Khử các hợp chất chưa no như: C=C(ankene),

C=O(ketone,aldehyde,..), C=N(nitrile)…Thường dùng xúc tác bằng các kim loại chuyển tiếp như Pt,Ni,Pd,Rh,Th... hay phức xúc tác của kim loại CuCr2O4… nhưng hay dùng nhất là xúc tác của Adams và Rayney .

Kết quả của phản ứng là liên kết đôi bị hydrogen hóa hoặc bị khử. (Từ khử trong hóa học hữu cơ thường dựa vào sự thay đổi

của liên kết C-H và C-Z trước và sau phản ứng-Z là những

nguyên tố có độ âm điện lớn hơn carbon như O,N,halogen…) . Phản ứng xảy ra trên bề mặt xúc tác , trong đó khi có xúc tác làm giảm năng lực hoạt hoá của phản ứng thiết lập cân bằng giữa chất đầu và chất cuối , phản ứng là cộng cis. Sự hydrogen hoá có biệt tính lập thể, hai hydrogen gắn vào cùng một bên nối đơi.

Q trình hydrogen hóa xúc tác của ankene, không giống như hầu hết các phản ứng hữu cơ khác, là một q trình khơng đồng nhất, chứ không phải là đồng nhất. Tức là phản ứng hydrogen hóa xảy ra trên bề mặt các hạt xúc tác rắn chứ không phải

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

trong dung dịch.. Ngồi tính hữu dụng trong phịng thí nghiệm, q trình hydro hóa anken cịn có giá trị thương mại lớn. Trong công nghiệp thực phẩm, dầu thực vật khơng bão hịa được hydrogen hóa bằng xúc tác trên quy mơ lớn để tạo ra chất béo bão hòa dùng trong bơ thực vật.

2.2 Hydrogen hóa trên chất béo bất bão hịa

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Các liên kết đôi C=C trong các acid béo khơng bão hịa cũng như các liên kết tìm thấy trong triacylglyceride trong dầu thực vật cũng có thể được hydrogen hóa để tạo ra chất béo bão hòa theo cách tương tự như bất kỳ ankene nào cũng có thể phản

ứng với hydrogen để tạo ra

3. Kết Luận

Ở chương I này chúng ta đã tìm hiểu sơ lược về lipid cũng như chất béo , chúng ta đã biết rõ cấu trúc và những đặc tính hóa lý của chúng cùng đó đó là các khai niệm cơ bản về quá trinh hydrogen hóa điều này giúp chúng ta có một cái nhìn tổng quát , kiến thức nền để đi sâu vào việc khai thác chủ đề quá trình hydrogen hóa chất béo bất hịa .

Để làm sáng tỏ hơn về chủ đề q trình hydrogen hóa chất béo bất bảo hịa. Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu các quy trình tổng hợp , các giai đoạn của phản ứng cũng như các điều kiện cụ thể để phản ứng xảy ra hiệu quả nhất sẽ được tìm hiểu rõ trong chương tiếp theo.

Quá trình này dẫn đến việc chất béo trở nên bão hòa hơn, có nghĩa là các liên kết đơi khơng bão hịa được chuyển đổi thành các liên kết đơn, làm cho phân tử chất béo trở nên ít dễ bị oxy hóa và ổn định hơn. Margarine và chất béo rắn nấu ăn được sản xuất thương mại bằng quá trình hydrogen hóa .

Kết quả là sản phẩm chất béo bão hịa, có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng thực phẩm và công nghiệp.

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Chương 2. Q Trình Hydrogen Hóa Chất Béo Bấtbão Hịa

1.Điều kiện xúc tiến cho q trình phản ứng .1.1 Điều kiện xúc tác .

1.2 Ảnh hưởng của chất xúc tác

Ở đây chúng ta chủ yếu quan tâm đến ảnh hưởng của xúc tác đến tốc độ và diễn biến của phản ứng. Khi lượng bề mặt tiếp xúc với chất phản ứng tăng lên, tốc độ phản ứng tăng lên, nhưng chỉ khi nguồn cung cấp hydrogen đủ.

Q trình hydrogen hóa được hồn thành trong một thời gian nhất định tương ứng với tốc độ hấp thụ hydrogen . Nếu liều

lượng chất xúc tác tăng lên thì thời gian hydrogen hóa giảm xuống (tức là tốc độ hấp thụ hydrogen đã tăng lên).

Chất xúc tác phải được tách ra khỏi sản phẩm mà khơng gặp khó khăn gì, nó phải cung cấp bề mặt dồi dào để cho các phân tử chất béo dễ tiếp xúc với hydrogen được hấp phụ ở đó .Chất xúc tác khơng q nhạy cảm với sự tấn cơng hóa học (ngộ độc) cũng như sự phân hủy cơ học, điều này sẽ làm chúng bền hơn có thể được cho phép sử dụng lại và do đó sẽ có giá trị về kinh tế lớn. Tất cả những yêu cầu riêng biệt này điều được niken đáp ứng do đó nó là xúc tác thường được sử dụng nhất

1.3 Một số loại chất xúc tác

 Nickel (Ni):Nickel là một trong những chất xúc tác phổ biến nhất trong quá trình hydrogen hóa chất béo. Nó thường được sử dụng trong dạng hạt hoặc hạt mạ, và có khả năng tăng cường tốc độ phản ứng mà không gây ra quá nhiều phản ứng phụ không mong muốn.

‘‘ Bản thân phản ứng, khơng thể đạt được điều gì nếu chỉ trộn hydrogen và dầu, vì việc bổ sung trực tiếp hydrogen vào liên kết đôi của một chất béo khơng bão hịa. liên quan đến việc vượt qua một rào cản năng lượng đáng kể. Tuy nhiên, cả liên kết hydrogen và liên kết khơng bão hịa đều dễ dàng được hấp thụ ở bề mặt chất xúc tác như niken được phân chia mịn, trong trường hợp đó hàng rào năng lượng nhỏ hơn nhiều, bây giờ phản ứng có thể nhanh hơn nhiều và năng lượng được giải

phóng ’’

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

 Palladium (Pd): Nó có khả năng hoạt động ổn định ở nhiệt độ cao và có thể được sử dụng trong các điều kiện phản ứng khắc nghiệt.

 Platinum (Pt): Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao và ổn định

Các chất xúc tác này thường được sử dụng ở dạng hạt mịn để tăng diện tích tiếp xúc với phản ứng. Sự lựa chọn của chất xúc tác phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của quá trình, bao gồm nhiệt độ, áp suất, và tính chất của chất béo cần hydrogen hóa.

2.Các yếu tố ảnh hưởng 2.1 Nhiệt độ

Tốc độ phản ứng tăng lên trên bề mặt chất xúc tác (ví dụ như niken), giống như các phản ứng hóa học khác xảy ra khi nhiệt độ tăng, cùng với đó là độ hịa tan của hydrogen trong dầu và sự vận chuyển qua nó cũng tăng lên.Nhiệt độ thường được kiểm sốt ở mức cao trong q trình này tùy thuộc vào loại chất béo và loại chất xúc tác được sử dụng. Nhiệt độ cao giúp tăng tốc độ phản ứng hydrogen hóa. Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao cũng có thể gây ra phản ứng phụ khơng mong muốn và làm giảm chất lượng của sản phẩm cuối cùng.

2.2 Áp suất

Trong phản ứng áp suất lên bề mặt chất xúc tác khơng đóng vai trò quan trọng,nhưng gián tiếp bằng cách tăng tốc độ hòa tan hydrogen vào dầu, áp suất lên hệ thống sẽ làm tăng lượng cung cấp hydrogen lên bề mặt và do đó làm tăng tốc độ phản ứng.

2.3 Tỷ lệ hydrogen và chất béo

Tỷ lệ giữa phân tử hydrogen và chất béo cũng cần được kiểm sốt chính xác để đảm bảo hiệu suất cao và tránh sự lãng phí nguyên liệu.

2.4 Thời gian phản ứng

Thời gian phản ứng thường phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại chất béo, loại chất xúc tác, nhiệt độ và áp suất. Thông thường, thời gian phản ứng có thể kéo dài từ vài giờ đến vài ngày.

Tóm lại, việc kiểm sốt các điều kiện trên là rất quan trọng để đảm bảo quá trình hydrogen hóa chất béo bất bão hịa diễn ra một cách hiệu quả và sản xuất ra các sản phẩm chất lượng cao.

</div>