Tổng hợp chất hoạt động về mặt không ion loại alkanolamide từ mỡ cá basa

Luận văn tốt nghiệp đại học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TỔNG HỢP CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
KHÔNG ION LOẠI ALKANOLAMIDE
TỪ MỠ CÁ BASA

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

TS. Bùi Thị Bửu Huê

Nguyễn Lê Minh Hiếu
MSSV: 2063957
Ngành: Công Nghệ Hóa Học-Khóa 32

Cần Thơ-2010

Nguyễn Lê Minh Hiếu


Luận văn tốt nghiệp đại học

LỜI CẢM ƠN


Qua quá trình thực hiện luận văn, tôi đã được học hỏi rất nhiều kiến thức,
kinh nghiệm, kỹ năng bổ ích và thiết thực từ quý thầy cô, bạn bè. Tôi chân thành
gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:
Thầy cô bộ môn Công nghệ hóa, khoa Công Nghệ, trường Đại học Cần Thơ.
Thầy cô đã tận tình truyền đạt cho em nhiều kiến thức quý báu trong thời gian học
tại trường.
Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến cô Bùi Thị Bửu Huê đã rất tận tâm
hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho em, tạo mọi
điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt giúp em hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp.
Xin gởi lời cảm ơn đến các bạn và các anh chị phòng thí nghiệm đã động viên
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn
Cần thơ, Ngày tháng

năm

Nguyễn Lê Minh Hiếu

Nguyễn Lê Minh Hiếu

i


Luận văn tốt nghiệp đại học
Trường Đại Học Cần Thơ

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Khoa Công Nghệ
Bộ môn: Công nghệ hóa học

Cần Thơ, ngày

tháng

năm 2010

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1. Cán bộ hướng dẫn: Ts. Bùi Thị Bửu Huê
Tên đề tài: Tổng hợp chất hoạt động bề mặt không ion loại alkanolamide
từ mỡ cá basa
2. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Lê Minh Hiếu

MSSV:2063957

Lớp Công Nghệ Hóa Học – Khóa 32
3. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
b. Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp:
 Đánh giá nội dung thực hiện đề tài: ..........................................................
................................................................................................................................
 Những vấn đề còn hạn chế:.......................................................................
................................................................................................................................
c. Nhận xét đối với sinh viên tham gia thực hiện đề tài:
................................................................................................................................
................................................................................................................................

d. Kết luận, đề nghị và điểm:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày

tháng

năm 2010

Cán bộ hướng dẫn

Nguyễn Lê Minh Hiếu

ii


Luận văn tốt nghiệp đại học
Trường Đại Học Cần Thơ

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Khoa Công Nghệ
Bộ môn: Công nghệ hóa học

Cần Thơ, ngày

tháng

năm 2010

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
1. Cán bộ hướng dẫn: Ts. Bùi Thị Bửu Huê
Tên đề tài: Tổng hợp chất hoạt động bề mặt không ion loại alkanolamide
từ mỡ cá basa
2. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Lê Minh Hiếu

MSSV:2063957

Lớp Công Nghệ Hóa Học – Khóa 32
3. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
b. Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp:
 Đánh giá nội dung thực hiện đề tài: ..........................................................
................................................................................................................................
 Những vấn đề còn hạn chế:.......................................................................
................................................................................................................................
c. Nhận xét đối với sinh viên tham gia thực hiện đề tài:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
d. Kết luận, đề nghị và điểm:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày

tháng

năm 2010

Cán bộ phản biện

Nguyễn Lê Minh Hiếu

iii


Luận văn tốt nghiệp đại học

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ............................................................. 2
1.1 Sơ lược về lipid .......................................................................................... 2
1.1.1 Định nghĩa............................................................................................ 2
1.1.2 Phân loại .............................................................................................. 2
1.1.2.1 Dựa vào phản ứng xà phòng hóa của lipid....................................... 2
1.1.2.2 Dựa vào độ tan ................................................................................ 3
1.1.2.3 Dựa vào thành phần cấu tạo ............................................................ 3
1.1.3 Chức năng của lipid .............................................................................. 3
1.1.4 Tính chất vật lý..................................................................................... 3
1.1.5 Tính chất hóa học ................................................................................. 4
1.1.5.1 Phản ứng thủy phân và phản ứng xà phòng hóa .............................. 4
1.1.5.2 Phản ứng cộng hydro ...................................................................... 4
1.1.5.3 Phản ứng oxy hóa ........................................................................... 4
1.1.5.4 Phản ứng với rượu .......................................................................... 5
1.2 Sơ lược về cá basa ..................................................................................... 5
1.2.1 Giới thiệu chung ................................................................................... 5
1.2.2 Ngành nuôi cá basa ở Việt Nam ........................................................... 5
1.2.3 Ứng dụng cá basa ................................................................................. 6

1.2.3.1 Tổng hợp alkyl kentene dimer trong công nghệ xeo giấy ................ 6
1.2.3.2 Tổng hợp diesel sinh học từ mỡ cá .................................................. 7
1.2.3.3 Tổng hợp chất hoạt động bề mặt từ mỡ cá....................................... 7
1.2.3.4 Tổng hợp dầu nhờn sinh học và sáp bôi trơn từ mỡ cá .................... 8
1.2.4 Thành phần hóa học của cá basa ........................................................... 8
1.2.5 Thành phần acid béo trong mỡ cá basa ............................................... 10

Nguyễn Lê Minh Hiếu

iv


Luận văn tốt nghiệp đại học

1.3 Tổng quan về chất hoạt động bề mặt ........................................................... 11
1.3.1 Sơ lược về sức căng bề mặt và chất hoạt động bề mặt ........................ 11
1.3.1.1 Định nghĩa sức căng bề mặt .......................................................... 11
1.3.1.2 Định nghĩa chất hoạt động bề mặt ................................................. 11
1.3.1.3 Phân loại chất hoạt động bề mặt.................................................... 12
a. Theo bản chất nhóm ái nước............................................................ 12
b. Theo bản chất nhóm kỵ nước .......................................................... 16
c. Theo bản chất nhóm liên kết ái nước và kỵ nước ............................. 17
1.3.1.4 Đặc tính hóa lý của chất hoạt động bề mặt .................................... 17
a. Những thay đổi sức căng bề mặt và giao diện .................................. 17
b. Sự hình thành micelle và micelle tới hạn ......................................... 18
c. Điểm Kraff ...................................................................................... 20
d. Điểm đục......................................................................................... 20
e. Cân bằng ưa nước-kỵ nước của HLB............................................... 20
1.3.2 Các tính năng kỹ thuật của chất hoạt động bề mặt .............................. 23
1.3.2.1 Khả năng tạo nhũ .......................................................................... 23

1.3.2.2 Khả năng tẩy rửa........................................................................... 24
1.3.2.3 Khả năng tạo bọt ........................................................................... 24
1.3.2.4 Khả năng tạo huyền phù ............................................................... 25
1.3.2.5 Khả năng thấm ướt ....................................................................... 25
1.3.2.6 Chỉ số canxi chấp nhận được ........................................................ 25
1.3.3 Ứng dụng của chất hoạt động bề mặt .................................................. 25
1.3.3.1 Trong công nghệ tẩy rửa .............................................................. 25
1.3.3.2 Trong công nghệ dệt và nhuộm in ................................................. 26
1.3.3.3 Trong mỹ phẩm ............................................................................ 26
1.3.3.4 Trong công nghệ dược phẩm và y tế ............................................. 26
1.3.3.5 Trong công nghệ thực phẩm.......................................................... 27
1.3.3.6 Trong nông nghiệp ........................................................................ 27

Nguyễn Lê Minh Hiếu

v


Luận văn tốt nghiệp đại học

1.3.3.7 Trong môi trường.......................................................................... 27
1.3.4 Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đến con người......................... 28
1.3.4.1 Ảnh hưởng đến sức khỏe con người .............................................. 28
1.3.4.2 Ảnh hưởng đến nguồn nước .......................................................... 28
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 29
2.1 Phương tiện nghiên cứu ......................................................................... 29
2.1.1 Dụng cụ thí nghiệm ......................................................................... 29
2.1.2 Hóa chất thí nghiệm ......................................................................... 29
2.2 Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 30
2.2.1 Nội dung nghiên cứu ...................................................................... 30

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu ................................................................. 32
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 33
3.1 Tổng hợp alkanolamide thep phương pháp (a) ....................................... 33
3.1.1 Tổng hợp methyl ester từ mỡ cá....................................................... 33
3.1.2 Tổng hợp alkanolamide (3) không dùng xúc tác CH3ONa................ 33
3.1.3 Tổng hợp alkanolamide (3) sử dụng xúc tác CH3ONa...................... 33
3.2 Tổng hợp alkanolamide theo phương pháp (b)...................................... 33
3.2.1 Tổng hợp alkanolamide (3) không dùng xúc tác CH3ONa................ 33
3.2.2 Tổng hợp alkanolamide (3) sử dụng xúc tác CH3ONa...................... 34
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 35
4.1 Tổng hợp alkanolamide theo phương pháp (a) ....................................... 35
4.1.1 Tổng hợp methyl ester ..................................................................... 35
4.1.2 Tổng hợp alkanolamide (1) không sử dụng xúc tác CH3ONa ........... 37
4.1.3 Tổng hợp alkanolamide (1) sử dụng xúc tác CH3ONa...................... 39
4.1.3.1 Khảo sát tỉ lệ mol và thời gian phản ứng .................................. 39
4.1.3.2 Khảo sát nhiệt độ phản ứng ..................................................... 40
4.1.3.3 Khảo sát lượng xúc tác ............................................................ 41
4.2 Tổng hợp alkanolamide theo phương pháp (b)....................................... 44

Nguyễn Lê Minh Hiếu

vi


Luận văn tốt nghiệp đại học

4.2.1 Trường hợp không sử dụng xúc tác CH3ONa ................................... 44
4.2.1.1 Khảo sát tỉ lệ mol và thời gian phản ứng .................................. 44
4.2.1.2 Khảo sát nhiệt độ phản ứng ..................................................... 45
4.2.2 Trường hợp sử dụng xúc tác CH3ONa ............................................. 47

4.2.2.1 Khảo sát tỉ lệ mol và thời gian phản ứng .................................. 47
4.2.2.2 Khảo sát lượng xúc tác ............................................................ 48
4.2.2.3 Khảo sát nhiệt độ phản ứng ..................................................... 49
4.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm tổng hợp được ....................................... 52
4.3.1 Đánh giá khả năng tạo nhũ với hệ paraffin/H2O ............................... 52
4.3.1.1 Khả năng tạo nhũ của alkanolamide (3) với hệ
paraffin/H2O/n-butanol ......................................................... 52
4.3.1.2 Khả năng tạo nhũ của alkanolamide (3) với hệ
paraffin/H2O .......................................................................... 53
4.3.2 Xác định micelle tới hạn (CMC) của chất hoạt động bề mặt ............ 55
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 57
5.1 Kết luận ................................................................................................. 57
5.2 Kiến nghị .............................................................................................. 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 59

Nguyễn Lê Minh Hiếu

vii


Luận văn tốt nghiệp đại học

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CHĐBM

Chất hoạt động bề mặt

CMC

Critical micelle concentration

HLB

Hydrophilic Lipophilic Balance

PE

Petroleum ether

EtOAc

Ethylacetate

Rf

Rentention factor

Xt

Xúc tác

Nguyễn Lê Minh Hiếu

viii


Luận văn tốt nghiệp đại học

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần cơ bản của cá basa ....................................................... 8
Bảng 1.2 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng mỡ cá basa .......................................... 8
Bảng 1.3 Thành phần các acid béo có trong mỡ cá .......................................... 9
Bảng 1.4 Mối liên hệ giữa độ hòa tan của CHĐBM với giá trị HLB.............. 20
Bảng 1.5 Giá trị HLB của các đầu ưa nước và đuôi kỵ nước ........................ 21
Bảng 4.1 Điều kiện tổng hợp methyl ester từ mỡ cá ...................................... 36
Bảng 4.2 Điều kiện tổng hợp alkanolamide (3) từ methyl ester không
dùng xúc tác CH3ONa .................................................................... 38
Bảng 4.3 Điều kiện tổng hợp alkanolamide (3) từ methyl ester sử dụng
xúc tác CH3ONa............................................................................. 43
Bảng 4.4 Điều kiện tối ưu tổng hợp alkanolamide (3) từ mỡ cá không
dùng xúc tác ................................................................................... 47
Bảng 4.5 Điều kiện tối ưu tổng hợp alkanolamide (3) từ mỡ cá sử dụng
xúc tác CH3ONa............................................................................. 51
Bảng 4.6 Điều kiện tạo nhũ cho các hệ nhũ .................................................. 52
Bảng 4.7 Các tỷ lệ phối nhũ sử dụng chất trợ nhũ của alkanolamide (3)........ 53
Bảng 4.8 Các tỷ lệ phối nhũ của alkanolamide (3) ...................................... 54
Bảng 4.9 Giá trị sức căng bề mặt và nồng độ của alkanolamide (3) ............. 56

Nguyễn Lê Minh Hiếu

ix


Luận văn tốt nghiệp đại học

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ
Hình 1.1 Cá basa

5

Hình 1.2 CHĐBM với đầu ưa nước hướng vào trong và đầu kỵ nước
hướng ra ngoài ............................................................................ 11
Hình 1.3 Cấu trúc micelle ........................................................................ 18
Hình 1.4 Cấu trúc micelle trong hệ dầu/nước ........................................... 18
Hình 1.5 Cấu trúc micelle trong hệ nước/dầu ........................................... 18
Hình 1.6 Đồ thị sự phụ thuộc của sức căng bề mặt theo nồng độ
CHĐBM ..................................................................................... 19
Hình 1.7 CHĐBM trong hệ nhũ tương dầu- nước ..................................... 23
Hình 1.8 CHĐBM lấy chất bẩn ra khỏi bề mặt vải ..................................... 24
Hình 4.1 Bản mỏng thu được sau phản ứng tổng hợp methyl ester từ mỡ cá
(hệ dung môi giải ly PE:EtOAc= 3:1) ......................................... 36
Hình 4.2 Hỗn hợp methyl ester tổng hợp từ mỡ cá ..................................... 37
Hình 4.3 Bản mỏng sắc ký thu được khi tổng hợp alkanolamide (3) không
sử dụng xúc tác CH3ONa (dung môi giải ly EtOAc) .................... 38
Hình 4.4 Sản phẩm alkanolamide (3) ........................................................ 39
Hình 4.5 Bản mỏng thu được khi tổng hợp alkanolamide (3) ở tỷ lệ mol
và thời gian phản ứng khác nhau (dung môi EtOAc) ................... 40
Hình 4.6 Bản mỏng thu được khi tổng hợp alkanolamine (3) ở nhiệt độ
khác nhau (hệ dung môi giải ly EtOAc) ...................................... 41
Hình 4.7 Bản mỏng thu được khi tổng hợp alkanolamide (3) với lượng
xúc tác khác nhau (hệ giải ly EtOAc) .......................................... 42
Hình 4.8 Sản phẩm alkanolamide (3) ......................................................... 43
Hình 4.9 Bản mỏng thu được khi tổng hợp alkanolamide (3) ở tỉ lệ mol và
thời gian phản ứng khác nhau (dung môi EtOAc) ..................... 45
Hình 4.10 Bản mỏng thu được khi tổng hợp alkanolamide (3) ở nhiệt độ

Nguyễn Lê Minh Hiếu

x

Luận văn tốt nghiệp đại học

khác nhau (dung môi giải ly EtOAc) ......................................... 46
Hình 4.11 Sản phẩm alkanolamide (3) ...................................................... 47
Hình 4.12 Bản mỏng thu được khi tổng hợp alkanolamide (3) ở tỉ lệ mol
và thời gian khác nhau (hệ dung môi EtOAc) ............................. 48
Hình 4.13 Bản mỏng thu được khi tổng hợp alkanolamide (3) ở lượng xúc
tác khác nhau (hệ dung môi giải ly EtOAc) ................................ 49
Hình 4.14 Bản mỏng thu được khi tổng hợp alkanolamide (3) ở khoảng
nhiệt độ khác nhau (dung môi giải ly EtOAc) ............................ 50
Hình 4.15 Sản phẩm alkanolamide (3) ........................................................ 51
Hình 4.16 Ảnh hệ nhũ tương bền CHĐBM alkanolamide (3) ...................... 55
Hình 4.17 Nhũ tan trong nước của CHĐBM alkanolamide (3) .................... 55
Hình 4.18 Nhũ tan trong dầu của CHĐBM alkanolamide (3) .................... 55
Hình 4.19 Đồ thị biểu diễn giá trị sức căng bề mặt theo nồng độ của
CHĐBM alkanolamide (3) ........................................................ 56
Sơ đồ 1 Quy trình tổng hợp CHĐBM không ion loại alkanolamide ........... 30

Nguyễn Lê Minh Hiếu

xi


Luận văn tốt nghiệp đại học

LỜI MỞ ĐẦU
Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) đã xuất hiện từ rất lâu, có lẽ bắt đầu từ khi
con người nhận thấy rằng một vài dịch ép thực vật (như saponine glycoside từ bồ

kết) có thể hỗ trợ quá trình giặt rửa. Từ đó công nghệ sản xuất xà phòng được phát
triển nhờ áp dụng quá trình hóa học xà phòng hóa đối với dầu thực vật và mỡ động
vật.
Cho đến nay thì CHĐBM vẫn giữ một vị trí quan trọng trong nhiều lĩnh vực
khác nhau của đời sống với nhiều vai trò như: chất tạo nhũ, chất tạo bọt, chất phân
tán, chất diệt khuẩn…
Tuy nhiên, ngày nay một trong những vấn đề thế giới quan tâm hàng đầu đó là
môi trường và phát triển bền vững mà việc sử dụng CHĐBM có khả năng phân hủy
chậm, có nguồn gốc dầu mỏ đã đem lại không ít vấn đề về môi trường, nhiễm bẩn
nguồn nước sinh hoạt của con người.
Từ thực trạng trên việc nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt sinh học
(CHĐBMSH) đã và đang là một hướng đi đầy tiềm năng. Hiện nay trên thế giới nói
chung và nước ta nói riêng đã có nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp CHĐBM có
khả năng phân hủy cao sinh học, thân thiện với môi trường đi từ nguồn nguyên liệu
dầu thực vật và mỡ động vật. Ngoài ra, đây còn là giải pháp vừa giảm bớt sự phụ
thuộc vào nguồn nguyên liệu hóa thạch và hứa hẹn đem lại nhiều giá trị kinh tế cao.
Đồng bằng sông Cửu Long là khu vực sản xuất cá tra, cá basa lớn nhất nước.
Hằng năm ước tính tiêu thụ khoảng 60.000 tấn mỡ thừa. Đây là nguồn nguyên liệu
dồi dào được dùng để tổng hợp CHĐBMSH có khả năng tự phân hủy sinh học cao,
không gây tác động xấu đến môi trường.
Ở nước ta một vài năm gần đây đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng
mỡ cá basa để diều chế dầu diesel sinh học, mỡ bôi trơn, DHA…Tuy nhiên hướng
nghiên cứu về CHĐBMSH vẫn còn khá mới mẻ và chưa được nghiên cứu sâu rộng
ở Việt Nam.
Từ các vấn đề nói trên, chúng tôi đã chọn đề tài “Tổng hợp chất hoạt động
bề mặt không ion loại alkanolamide từ mỡ cá basa”. Đây là hướng nghiên cứu
đầy triển vọng. Một mặt, tận dụng nguồn nguyên liệu là mỡ cá góp phần tăng giá trị
kinh tế của nghề nuôi cá da trơn ở Đông bằng sông Cửu Long mà còn góp phần tạo
ra những sản phẩm mới sạch và thân thiện với môi trường, góp phần giải quyết vấn
đề ô nhiễm môi trường.

Nguyễn Lê Minh Hiếu

1


Luận văn tốt nghiệp đại học

CHƯƠNG 1
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
1.1 Sơ lược về lipid [12]
Tên gọi về “lipid” được xuất phát từ tiếng Hi Lạp có nghĩa là chất béo. Chất
béo có chứa các acid no và không no. Chất béo no có nhiều trong mỡ, và chất béo
không no có nhiều trong dầu. Acid béo không no loại một nối đôi có nhiều trong
dầu thực vật và acid béo không no loại nhiều nối đôi có nhiều trong các loại cá như:
cá tra, cá basa, cá ngừ, cá trích…
1.1.1 Định nghĩa[1] [14]
Lipid là một nhóm gồm nhiều hợp chất hóa học khác nhau, trong đó phần lớn
là triacylglycerol còn gọi là triglyceride hay glyceride hoặc mỡ trung tính. Ngoài ra
trong lipid còn có các acid béo tự do, phospholipid và sterol.
Triglyceride là ester của glycerol và acid béo, cấu tạo từ nguyên tố C, H, O.
Công thức tổng quát của triglyceride:
H2C O COR1
HC O COR2
H2C O COR3
Triglyceride

Trong đó: R1, R2, R3 là các gốc hydrocarbon của các acid béo.
Lipid có đặc tính chung là không tan trong nước nhưng tan trong dung môi
hữu cơ như chloroform, benzene, ether.

1.1.2 Phân loại [3] [7]
Để phân loại lipid ta có một số cách phân loại như sau:
1.1.2.1 Dựa vào phản ứng xà phòng hóa của lipid
Dựa theo phản ứng xà phòng hóa người ta chia lipid làm hai loại: lipid xà
phòng hóa được và lipid không xà phòng hóa được.

Nguyễn Lê Minh Hiếu

2


Luận văn tốt nghiệp đại học

Lipid xà phòng hóa được (hay còn gọi là lipid phức tạp- trong phân tử có chứa
ester của acid béo cao phân tử) gồm các acyglyceride, glycerolphospholipid,
sphingolipid và sáp.
Lipid không xà phòng hóa được (hay còn gọi là lipid đơn giản- trong phân tử
không chứa nhóm chức ester) gồm các hydrocarbon, các chất màu và các sterol.
1.1.2.2 Dựa vào độ tan
Nhóm lipid của acid béo (bốn carbon trở lên) với một rượu; gồm các
glycerolipid (ester của glycerol), sphingolipid (amide của sphingozin), ceride (ester
của rượu cao phân tử), steride (ester của sterol).
Nhóm lipoid là những chất có độ hòa tan giống lipid: gồm các carotenoid và
quinone, sterol tự do, các hydrocarbon.
1.1.2.3 Dựa vào thành phần cấu tạo
Gồm hai loại là lipid đơn giản và lipid phức tạp.
Lipid đơn giản bao gồm carbon, hydro, và oxy. Thuộc nhóm này có
triacylglyceride, steride và sáp (ceride).
Lipid phức tạp thì cấu trúc phức tạp hơn so với lipid đơn giản. Bao gồm:
phospholipids (chất béo có kèm theo phosphor), steroids, và một số hợp chất khác.

1.1.3 Chức năng của lipid [8] [9]
Lipid đóng vai trò là nguồn cung cấp năng lượng tốt cho con người và cơ thể
động vật, lipid vận chuyển các vitamin và một số chất khác, tham gia cấu trúc màng
tế bào, hỗ trợ hấp thu các lipid khác và là lớp màng bảo vệ cơ thể và các cơ quan
bên trong, giúp chống lại các va đập của cơ thể và sự thay đổi thời tiết.
1.1.4 Tính chất vật lý của lipid [1] [6]
Ở nhiệt độ phòng, lipid động vật (mỡ) thường ở trạng thái rắn (mỡ bò, mỡ
cừu) do các lipid này chứa chủ yếu là các acid béo no. Một số ít lipid động vật ở
trạng thái lỏng (dầu cá) do thành phần acid béo không no tăng lên.
Lipid thực vật (dầu thực vật) hầu hết ở trạng thái lỏng do thành phần chủ yếu
chứa các gốc acid béo không no.
Lipid có tỷ trọng thấp hơn nước (0,86-0,97). Lipid không tan trong nước, tan
tốt trong các dung môi hữu cơ như benzene, chloroform, ether… Tính chất của lipid
phụ thuộc vào thành phần acid béo bên trong chúng, chiều dài mạch carbon và số
lượng liên kết đôi trong phân tử

Nguyễn Lê Minh Hiếu

3


Luận văn tốt nghiệp đại học
1.1.5 Tính chất hóa học [6]
1.1.5.1 Phản ứng thủy phân và phản ứng xà phòng hóa
Dưới tác dụng của enzyme hoặc xúc tác acid hoặc base, lipid sẽ bị thủy phân
tạo acid béo tự do và glycerol.
H2C O COR1
HC O COR2

+ 3H2O

H2C OH

H+

HC OH

H2C O COR3

R1COOH
+

H2C OH

R2COOH
R3COOH

Sự thủy phân lipid với sự có mặt của xúc tác kiềm (KOH, NaOH) thì sau phản
ứng sản phẩm tạo thành là glycerol và muối của các acid béo. Phản ứng này được
gọi là phản ứng xà phòng hóa.

H2C O COR1
HC O COR2

H2C OH
+ 3NaOH

HC OH

H2C O COR3

H2C OH

R1COONa
+

R2COONa
R3COONa

1.1.5.2 Phản ứng cộng hydro
Với các chất xúc tác thích hợp thì hydro sẽ cộng vào vị trí các nối đôi trên
mạch carbon của acid béo nhằm làm giảm số nối đôi giúp dầu mỡ ổn định hơn, hạn
chế khả năng oxy hóa, trùng hợp, giúp dầu mỡ bảo quản được lâu hơn không bị ôi.

H2C OCOC17H33
HC OCOC17H33

Ni
+

3H2

H2C OCOC17H35
HC OCOC17H35

H2C OCOC17H33

H2C OCOC17H35

Triolein

Tristearin

1.1.5.3 Phản ứng oxy hóa
Các loại dầu mỡ chứa nhiều acid béo không no dễ bị oxy hóa. Phản ứng xảy ra
dễ dàng với nhánh triglyceride có nhiều nối đôi, nó bắt nguồn từ phản ứng cộng oxi
vào nối đôi, hay xen kẽ vào carbon alpha đối với các nối đôi để tạo các
hydrroperoxide sau đó tiếp tục phân hủy để cho ra các sản phẩm sau cùng như các
hợp chất aldehyde, ketone, alcohol, carbonyl… Để tránh hiện tượng này, trong công

Nguyễn Lê Minh Hiếu

4


Luận văn tốt nghiệp đại học

nghệ thực phẩm người ta thường bao kín để tránh dầu mỡ tiếp xúc với không khí
hay có thể dùng các chất chống oxy hóa thường là phenol, quinone… Như vậy dầu
mỡ chứa nhiều acid béo no dễ bảo quản, ít biến đổi hơn.
1.1.5.4 Phản ứng với rượu
Là phản ứng cơ bản để chuyển hóa triglyceride thành alkyl ester và glycerol
với sự hiện diện của các xúc tác acid hoặc base.

H2C O COR1
HC O COR2

xt

+ 3ROH

H2C O COR3

ROCOR1

H2C OH
HC OH
H2C OH

+

ROCOR2
ROCOR3

1.2 Sơ lược về cá basa
1.2.1 Giới thiệu chung [1] [13]

Hình 1.1 Cá basa

Cá ba sa, còn có tên gọi là cá giáo, cá sát bụng, thuộc bộ cá da trơn
(Siluriformes), họ Pangasiidae, chi Pangasius loài P.Bocourti.
Về ngoại hình cá basa rất dễ phân biệt với các loại cá khác trong họ cá Tra,
thân ngắn hình thoi, hơi dẹp bên, bụng tích lũy nhiều mỡ chiều dài tiêu chuẩn bằng
2,5 lần chiều cao thân.
Cá được tìm thấy trong vùng nước ngọt và nước lợ dọc theo miền Nam châu
Á. Ở Việt Nam cá tra được nuôi nhiều trong ao ở vùng Nam Bộ. Cá basa là loại cá
được nuôi nhiều trong bè trên sông và các khu nuôi trồng thủy sản ở Đồng bằng
sông Cửu Long. Đây cũng là đối tượng nuôi nước ngọt có sản lượng xuất khẩu lớn
nhất hiện nay.

Nguyễn Lê Minh Hiếu

5


Luận văn tốt nghiệp đại học

1.2.2 Ngành nuôi cá basa ở Việt Nam
Hiện nay nuôi cá tra và ba sa đã phát triển ở nhiều địa phương, không chỉ ở
Nam bộ mà một số nơi ở miền Trung và miền Bắc cũng bắt đầu quan tâm nuôi các
đối tượng này. Việc nghiên cứu sinh sản nhân tạo cá tra được bắt đầu từ năm 1978
và cá ba sa từ 1990. Mỗi năm nhu cầu con giống cá ba sa từ 20-25 triệu con. Viện
nghiên cứu nuôi trồng Thủy sản II, trường Đại học Cần Thơ và công ty Agifish An
giang đã giải quyết được vấn đề con giống cho nghề nuôi cá qua việc nghiên cứu
thành công vấn đề cho đẻ nhân tạo cá basa.
Vì điều kiện nuôi dễ dàng, giá trị xuất khẩu cao nên dù giá không cao nhưng
cá basa vẫn chiếm tỷ trọng chủ yếu trong xuất khẩu cá da trơn ở Việt Nam.
1.2.3 Ứng dụng của cá basa [1] [6]
Cá basa được chế biến thành các món ăn trong thực phẩm hằng ngày. Thịt cá
phi lê bán sang Châu Âu là chủ yếu, mỗi tháng xuất khẩu khoảng 2000 tấn. Thịt vụn
xuất khẩu sang Nga để làm chả cá. Mỡ cá xuất sang Trung Quốc, Hồng kông, Đài
Loan, Campuchia mỗi tháng khoảng 500 tấn. Họ dùng mỡ cá thay cho dầu cọ của
Malaysia giúp thức ăn gia súc thơm ngon hơn. Da cá được làm nguyên liệu cho mỹ
phẩm và dược phẩm ở thị trường Châu Âu.
Riêng xương, đồ lòng cá được xay nghiền, trích ly mỡ, chế biến thành bột cá
bán cho các nhà máy chế biến thức ăn gia súc trong nước.
Bao tử, bong bóng cá là đặc sản đối với thị trường Trung Quốc.
Bên cạnh những ứng dụng trên thì hằng năm ở nước ta, đặc biệt ở vùng đồng
bằng sông Cửu Long đã sản xuất 400.000 tấn cá basa với lượng mỡ khoảng 60.000
tấn. Với lượng phụ phẩm dồi dào này nếu không có hướng xử lý thì sẽ gây ô nhiễm

môi trường rất nghiêm trọng, do đó các nhà khoa học đã nghiên cứu tận dụng nguồn
phụ phẩm này ứng dụng vào đời sống và sản xuất.
1.2.3.1 Tổng hợp alkyl ketene dimer sử dụng trong công nghệ xeo giấy
Alkyl ketene dimer (AKD) là chất phụ gia được cho vào trong quá trình hồ
giấy để làm tăng tính kháng nước của giấy. AKD được tổng hợp qua các giai đoạn:
Tổng hợp acid béo bằng phản ứng thủy phân mỡ cá basa.
Cho acid béo tác dụng với PCl3 tạo thành acid chloride.
Khử HCl và đóng vòng dimer với sự có mặt của triethylamine
Phương trình phản ứng tổng quát như sau:

Nguyễn Lê Minh Hiếu

6


Luận văn tốt nghiệp đại học

3R

C

OH

3R

PCl3

CH2

C

R

2 (C2H5)3N

Cl

R

CH C

C

H

O

C

O

O
CH2OH
O

R
R

H3PO3

Cl

O

O
2R

C

CH C
O

C

H

C

O

+

CH2OH
O
O

OH

CH2OH
O ....

O

OH

2 (C2H5)3NHCl

H2C

OH

....

....
OH

OH

O

OH

R

O

H

C

C

O
O

C

O

CH2 R

O

OH

....
OH

1.2.3.2 Tổng hợp diesel sinh học từ mỡ cá basa
Diesel sinh học hay còn gọi là biodiesel là một loại nhiên liệu có tính chất
tương đương với nhiên liệu dầu diesel nhưng được sản xuất từ dầu mỡ động thực
vật do đó được coi là một dạng năng lượng có thể tái tạo. Hiện nay, diesel sinh học
được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Nó được pha với diesel giống như cách
pha ethanol vào xăng. Ở Việt Nam có nhiều công trình nghiên cứu sản xuất thành
công biodiesel như: công ty AGIFIST tại An Giang, công ty Minh Tú tại Cần Thơ
và các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ khác.
Dầu mỡ động thực vật được transester hóa với methanol xúc tác NaOH hoặc
KOH tạo ra methyl ester. Sản phẩm của quá trình là một nhiên liệu lỏng tương tự
như diesel thông thường. Phương trình phản ứng tổng quát như sau:
H2C O COR1
HC O COR2

H2C O COR3

H2C OH
+

3CH3OH

KOH

HC OH
H2C OH

R1COOCH3
+

R 2COOCH3
R3COOCH3

1.2.3.3 Tổng hợp chất hoạt động bề mặt sinh học từ mỡ cá basa
Cá basa cũng có thể sản xuất các loại sản phẩm sinh học khác như chất hoạt
động bề mặt sinh học. Trong mỡ cá basa chứa các mạch hydrocarbon dài của các
acid béo no và không no và đây là nguồn nguyên liệu chính để tổng hợp các chất
hoạt động bề mặt.

Nguyễn Lê Minh Hiếu

7


Luận văn tốt nghiệp đại học

MeOH
Mỡ cá basa

Ethanolamine
Methyl ester

Alkanolamide 1

KOH
HCOOH

H2O2

Methyl ester
đã được
hydroxyl hóa

Ethanolamine
Alkanolamide 2

1.2.3.4 Tổng hợp dầu nhờn sinh học và sáp bôi trơn từ mỡ cá basa
Hiện nay, các nhà khoa học đã nghiên cứu tổng hợp thành công dầu nhờn sinh
học và sáp bôi trơn sinh học từ mỡ cá basa. Từ mỡ cá thực hiện phản ứng transester
hóa với methanol, xúc tác KOH thu được methyl ester của các acid béo và từ
methyl ester này tiếp tục thực hiện phản ứng transester hóa với trimethylolpropane
sử dụng xúc tác CH3ONa thu được dầu nhờn sinh học. Sáp bôi trơn sinh học được
tổng hợp từ methyl ester và chất làm đặc (gồm acid béo và dung dịch kiềm). Các
sản phẩm dầu nhờn và sáp bôi trơn sinh học này đạt được một số tiêu chuẩn quy
định cho từng loại sản phẩm tuy nhiên cần thêm những nghiên cứu về một số chỉ

tiêu như độ bền oxi hóa và chỉ số độ nhớt.
1.2.4 Thành phần hóa học của cá Basa [3] [6]
Thành phần hóa học của cá basa khác nhau tùy theo từng loại cá cụ thể, phụ
thuộc vào tuổi, giống, môi trường sinh sống.
Lipid trong các loài cá có triglyceride là chủ yếu và một phần là phospholipids.
Thành phần acid béo có trong mỡ cá phần lớn là acid béo chưa no chiếm tỷ lệ
cao nhất là acid oleic chiếm 33,6%. Tỷ lệ acid béo no và chưa no cân đối và tương
ứng với dầu cọ. Bên cạnh đó còn có các vitamin như A, E, D…

Nguyễn Lê Minh Hiếu

8


Luận văn tốt nghiệp đại học

Bảng 1.1: Thành phần cơ bản của cá basa

Cá basa
Thành phần (%
khối lượng)

Thấp nhất

Khoảng biến đổi
thông thường

Cao nhất

Protein

6

16 – 21

28

Lipid

0,1

0,2 – 25

67

Carbohydrate

<0,5

Tro

0,4

1,2 – 1,5

1,5

Nước

28

66 – 81

96

Bảng 1.2: Chỉ tiêu đánh giá chất lượng mỡ cá basa
Chỉ tiêu

Giá trị

Tỷ trọng

0,917

Chỉ số acid (mg KOH/ g mẫu)

5

Chỉ số xà phòng hóa (mg KOH/g)

192,45

Chỉ số Iod (g Iod/g)

62,1

Độ ẩm (%)

0-1

Nhiệt độ nóng chảy (C)

21-30

Nguyễn Lê Minh Hiếu

9


Luận văn tốt nghiệp đại học
1.2.5 Thành phần các acid béo có trong mỡ cá [3] [8]
Trước đây, các acid béo chưa no đặc biệt là DHA được biết có nhiều trong mỡ
các loài cá ở vùng biển sâu. Ngày nay, các nhà khoa học đã xác định trong thành
phần mỡ cá basa Việt Nam không những có đủ thành phần acid béo không no mà
còn có DHA. Chính những acid béo không no, acid thiết yếu, đặc biệt là DHA đã
chuyển hóa cholesterol thành những dẫn xuất không gây tắc nghẽn mạch máu, làm
giảm loạn nhịp tim, giảm chứng đau bụng ở một số phụ nữ trong giai đoạn kinh
nguyệt và giảm chứng tiền sản giật ở phụ nữ.
Bảng 1.3: Thành phần các acid béo có trong mỡ cá

STT

Acid béo

Hàm lượng (%)

Acid có mạch carbon no
1

C14:0 Acid myristic

1,21

2

C16:0 Acid pamitic

28,66

3

C18:0 Acid stearic

6,49

4

C20:0 Acid arachidic

0,34

Acid có mạch carbon không no
5

C18:1 Acid oleic

33,60

6

C18:2 Acid linolic

12,63

7

C18:3 Acid linolenic

1,480

8

C20:1 Aicd gadoleic

0,60

9

C22:1 Acid cetoleic

0,83

10

C22:6 Acid docosa hexaenoic

0,59

Nguyễn Lê Minh Hiếu

10


Luận văn tốt nghiệp đại học

1.3 Tổng quan về chất hoạt động bề mặt
1.3.1 Sơ lược về sức căng bề mặt và chất hoạt động bề mặt [1] [2] [4] [5] [7] [10]
1.3.1.1 Định nghĩa về sức căng bề mặt
Sức căng bề mặt được định nghĩa là lực tương tác trên một đơn vị bề mặt phân
chia pha. Trong hệ đo lường quốc tế sức căng bề mặt được đo bằng Newton trên
mét vuông (N/m2).
Sức căng bề mặt của chất lỏng thay đổi theo nhiệt độ. Đối với nhiều chất lỏng
sức căng bề mặt giảm khi nhiệt độ tăng. Sức căng bề mặt tăng khi diện tích bề mặt
phân chia pha giảm đến mức tối thiểu trong điều kiện nhiệt độ, áp suất cố định. Chất
lỏng càng phân cực sức căng bề mặt càng lớn.
1.3.1.2 Định nghĩa chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM, surfactant hay surface active agent) là
những chất có khả năng hấp thụ trên bề mặt phân chia pha, có tác dụng làm giảm
năng lượng tự do và sức căng trên bề mặt phân chia pha (khí-lỏng, lỏng- lỏng, lỏng
–rắn).

Hình 1.2 CHĐBM với đầu ưa nước hướng vào trong và đầu
kỵ nước hướng ra ngoài
Cấu trúc của một phân tử CHĐBM bao gồm hai phần: phần phân cực hay còn
gọi là đầu ưa nước, phần không phân cực hay đuôi kỵ nước.
Phần phân cực (ái nước) thường là nhóm định chức có khả năng hydrat hóa
mạnh, thường chứa các nhóm amine bậc bốn, carboxylate, sulfate… Các nhóm này

Nguyễn Lê Minh Hiếu

11


Luận văn tốt nghiệp đại học

thường làm cho phân tử CHĐBM có ái lực lớn hơn so với nước và bị kéo vào lớp
nước.
Phần không phân cực (kỵ nước) là nhóm hydrocarbon chi phương hay phương
hương kỵ nước làm cho CHĐBM có độ hòa tan thấp trong nước, tan trong các dung
môi hữu cơ không phân cực nên bị đẩy đến pha không phân cực.
1.3.1.3 Phân loại chất chất hoạt động bề mặt
a. Theo bản chất nhóm ái nước
Theo bản chất nhóm ái nước chất hoạt động bề mặt được chia thành bốn loại:
 CHĐBM anion (anionic surfactant): khi hòa tan trong nước sẽ phân ly thành
các ion dương và ion âm, đầu ưa nước mang điện âm.

Kí hiệu

Đây là CHĐBM được sử dụng rộng rãi nhất và phổ biến nhất trong giặt giũ,
nước rửa chén, các chất tẩy rửa gia dụng…
Một số CHĐBM anion như :
 Nhóm sulfate
Polyethylene glycol ester sulfate: RCO(OCH2CH2)nOSO3M
Alkyl ether sulfate: R(OCH2CH2)nOSO3M
Alkyl phenol sulfate: RC6H4(OCH2CH2)nOSO3M
Isothionate: RCOOCH2CH2SO3M
 Nhóm phosphate ester: Alkyl phosphate ROPO(OH)OM
 Nhóm carboxylate: Alkyl ether carboxylate R(OCH2CH2)nOCH2COOM
 Nhóm sulfonate: Alkyl sulfonate RSO3M
 CHĐBM cation (cationic surfactant): khi hòa tan vào nước sẽ phân ly tạo

thành các ion dương và ion âm , đầu ưa nước mang điện dương.
Kí hiệu

Nguyễn Lê Minh Hiếu

12


Luận văn tốt nghiệp đại học

 CHĐBM cation dùng nhiều trong các sản phẩm tẩy rửa với chức năng như
chất diệt khuẩn, sát khuẩn. Do đầu ưa nước mang điện tích dương nên sẽ hấp thụ
mạnh trên các bề mặt tích điện âm như vải, tóc và màng tế bào vi khuẩn.
Một số CHĐBM cation thường gặp
 Nhóm các muối amoni bậc bốn.
Alkyl trimethyl ammonium:

CH3
R

N

CH3X

CH3

Alkyl benzyl dimethyl ammonium:
C H3
R

N

C H3X

C H 2C 6H 5

Ethoxylate alkyl dimethyl ammonium:
CH3
R N CH3X
OCH2CH2 nH

 Nhóm cation trong vòng
Muối alkyl pyridinium:
R

N

X

Ví dụ: Cetyl pyridinium chloride (CPC)

N

Cl
CH3

CPC là một chất khử trùng hiệu quả trong việc ngăn ngừa mảng bám răng và
làm giảm viêm nướu. Ngoài ra, CPC cũng được sử dụng như là một thành phần
trong thuốc trừ sâu.

Nguyễn Lê Minh Hiếu

13