Tổng quan Sucrose ester
Giới thiệu về Sucrose ester
Sucrose ester là hợp chất tự nhiên được phát hiện trong lá cây Nicotiana Cavicola, nhưng hàm lượng của chúng thấp và không đủ đáp ứng nhu cầu thị trường Do đó, sucrose ester thường được sản xuất thông qua phương pháp tổng hợp hóa học để phục vụ cho nhu cầu tiêu thụ.
Sucrose ester là chất không độc hại, được sản xuất từ nguyên liệu tái sinh và tự nhiên, với khả năng phân hủy sinh học hoàn toàn trong cả điều kiện hiếu khí và kỵ khí Chúng không chỉ thân thiện với môi trường mà còn an toàn cho da, không mùi và không vị Là chất nhũ hóa và tẩy rửa hiệu quả, sucrose ester có thể được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với các chất hoạt động bề mặt anionic khác, tạo ra các sản phẩm tẩy rửa với khả năng tạo bọt khác nhau Do đó, sucrose ester được ứng dụng rộng rãi trong các sản phẩm tẩy rửa công nghiệp, gia đình, cũng như trong thực phẩm, thức ăn gia súc, mỹ phẩm, dược phẩm và hóa chất nông nghiệp.
Việc sản xuất sucrose ester gặp nhiều khó khăn do tính không bền của phân tử sucrose ở nhiệt độ cao và sự phức tạp trong ester hóa do có 8 nhóm hydroxyl Các phương pháp tổng hợp sucrose ester bao gồm ester hóa trực tiếp với acid béo hoặc phản ứng chuyển đổi ester với ester mạch thấp hơn, dẫn đến hỗn hợp sản phẩm phức tạp gồm mono, di, tri, tetra, penta ester Các sản phẩm ester bậc cao thường kỵ nước và ít được sử dụng, ngoại trừ một số ứng dụng nhũ hóa đặc biệt.
Lịch sử phát triển
Sản phẩm này được chế tạo từ nguyên liệu tái sinh, bao gồm các nguồn nguyên liệu có nguồn gốc từ nông nghiệp hoặc tái chế Những nguyên liệu này dễ tìm, dồi dào, và có giá thành hợp lý, đồng thời đều có nguồn gốc tự nhiên.
Hình 1.1 Công thức cấu tạo của sucrose ester
Vào những năm 1950 và 1960, nghiên cứu của Sugar Research Foundation đã thúc đẩy việc phát triển sucrose ester, dẫn đến sản phẩm ưa nước hơn với nhiều mono và di-ester Dai Nippon Manufacturing, nay là công ty thực phẩm Mitsubishi – Kagaku, đã đưa những sản phẩm này ra thị trường cho ngành công nghiệp thực phẩm, sử dụng quy trình chuyển đổi ester trong dung môi như dimethylformamide (DMF) và dimethyl sulfoxide (DMSO) với xúc tác kiềm như kali carbonate Sự ra đời của sucrose ester đánh dấu một bước tiến trong việc thay thế chất HĐBM truyền thống, mặc dù vào thời điểm đó, sucrose ester vẫn chưa được sử dụng phổ biến.
Vào năm 1970, Vile J Amer đã phát triển một quy trình chuyển đổi ester không cần dung môi, tuy nhiên, quá trình này yêu cầu nhiệt độ phản ứng từ 170°C đến 190°C Một nhược điểm lớn của quy trình là hiệu suất phản ứng rất thấp, do sucrose sẽ bị nóng chảy và biến tính sau một thời gian ngắn.
Năm 1973, Keriben O.Feuge và các cộng sự đã phát triển quy trình chuyển đổi ester giữa methyl ester của acid béo và sucrose, sử dụng nước làm dung môi và xúc tác dạng base Tuy nhiên, quy trình này gặp phải nhược điểm lớn là sự có mặt của nước cản trở quá trình tiếp xúc giữa methyl ester và sucrose, dẫn đến hiệu suất phản ứng thấp và khó khăn trong việc chiết tách sản phẩm.
Năm 1977, công ty Sucrosechemistry đã thương mại hóa sản phẩm sucrose ester từ dầu palm bằng phương pháp chuyển đổi ester sử dụng dung môi DMSO và DMF, và sản phẩm này đã được đăng ký bản quyền với tên thương mại CELINOLS.
Năm 1985, Zark A và Klibanov đã phát hiện phản ứng enzyme đầu tiên để tổng hợp sucrose ester Tuy nhiên, do phản ứng này diễn ra trong dung môi hữu cơ độc hại như pyridine, nên ứng dụng của nó trong ngành công nghiệp thực phẩm bị hạn chế.
Năm 1989, Marko D Mijac và Timothy B Guffey, dưới sự hỗ trợ của tập đoàn P&G, đã phát hiện ra công thức cải tiến cho các loại bánh ngọt và bánh mì nhằm tăng cường độ mềm và dai Công thức này thay thế các chất béo thông thường bằng hỗn hợp sucrose ester có ít nhất bốn nhóm ester hóa cùng với một số thành phần chất béo khác.
Năm 1994, Marshall & Bullerman đã nghiên cứu tính kháng khuẩn của các sản phẩm thuộc họ sucrose ester và ứng dụng thành công trong công nghiệp bảo quản thực phẩm.
Năm 1998, Patrick J Corrigan đã phát triển quy trình điều chế sucrose ester bằng cách sử dụng chất phân tán thay vì dung môi, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong công nghệ hóa học xanh Quy trình này không chỉ đáp ứng tiêu chí hóa học xanh mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính.
Năm 1999, Desai Natvarlal và Gruning Burghard đã phát hiện ra phương pháp tăng hiệu suất tổng hợp sucrose ester không sử dụng dung môi qua hai bước Quá trình này bắt đầu bằng phản ứng giữa sucrose và methyl ester dưới sự tác động của xúc tác kiềm ở nhiệt độ cao và áp suất thấp, sau đó bổ sung thêm một ít sucrose vào hỗn hợp phản ứng Phương pháp này cho hiệu suất cao và sản phẩm thu được không chứa alkyl ester chưa phản ứng, mở ra khả năng ứng dụng trong ngành thực phẩm và mỹ phẩm.
Năm 1999, Roden Allan cùng các cộng sự đã sáng chế ra quy trình sản xuất bơ lỏng ít calo, cho phép tạo ra bơ không béo bằng cách sử dụng sucrose ester thay cho các loại chất béo truyền thống.
In 1999, Watanabe began producing sucrose esters from fatty acids, which are utilized in various industries including food, cosmetics, cleaning products, and pharmaceuticals, achieving significant production levels.
In 2001, Palat and Linhard, followed by Poul and his colleagues in 2002, focused on researching the application of biocatalysis in the production of sucrose esters, utilizing selective enzymes from the lipase or protease families.
Năm 2003, Puterke và Viện nghiên cứu dịch vụ Nông nghiệp Mỹ (ARS) bắt đầu nghiên cứu ứng dụng sucrose ester trong sản xuất thuốc trừ sâu Đến năm 2005, ARS đã thành công trong việc thương mại hóa thuốc trừ sâu từ sucrose octanoate, phục vụ cho ngành trồng hoa, nông sản và cây ăn quả.
Năm 2005, tập đoàn P&G tại Trung Quốc đã tiến hành nghiên cứu thị trường và điều chỉnh thành phần trong sản phẩm mỹ phẩm nhằm đáp ứng tiêu chuẩn an toàn cho da ngày càng cao, trong đó nổi bật là việc sử dụng sucrose ester làm chất hoạt động bề mặt, vì tính năng không gây kích ứng cho da.
Vào năm 2008, Paris Villalta, Fernandez Garcia và các đồng nghiệp đã phát triển một sản phẩm màng mỏng nhằm bảo vệ thực phẩm, có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp với các chất bảo quản khác Hợp chất này được tạo ra từ sucrose ester của các acid palmitic, dodecanoic và stearic, và đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm, đặc biệt là trong sản xuất phô mai.
Tình hình sản xuất và nhu cầu sử dụng trên thế giới
Kể từ khi Dai Nippon Sugar Mfg.Co, một thành viên của Ryoto Co., xây dựng nhà máy thương mại đầu tiên vào năm 1967 với công suất 1200 tấn/năm, nhu cầu về sucrose ester đã tăng từ 15-20% mỗi năm, đạt tổng lượng 1000 tấn/năm tại thị trường Nhật Bản, Châu Âu và Mỹ Để đáp ứng nhu cầu dự kiến sẽ tiếp tục tăng trưởng mạnh mẽ, Ryoto đã hoàn tất xây dựng nhà máy có công suất 3000 tấn/năm vào cuối năm 1974.
Sucrose esters, including sucrose esters, sorbitan esters, and alkylpolyglycosides, have been approved for use by the U.S Food and Drug Administration (FDA) since 1983.
Ester saccharose (ester sucrose) Alkyl polyglucoside
Sorbitan monoester đang trở thành một trong những sản phẩm quan trọng tại Trung Quốc, với khoảng 3000 tấn sucrose ester được sản xuất hàng năm, nhưng nhu cầu trong nước đã vượt xa sản lượng này Sự gia tăng ứng dụng mới của sucrose ester trong nhiều lĩnh vực đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu, dẫn đến tình trạng cung cấp ngày càng khó khăn hơn.
Sucrose ester của acid béo đã thu hút nhiều nghiên cứu trong nhiều thập kỷ nhờ vào nguồn nguyên liệu tái sinh như đường và chất béo Chúng được biết đến là những chất có giá trị, an toàn cho sức khỏe và có khả năng phân hủy sinh học, vì vậy sucrose ester chủ yếu được sử dụng trong thực phẩm, mỹ phẩm và các sản phẩm chăm sóc ngoại vi nhằm cải thiện vẻ đẹp của da, móng, môi, tóc và mắt Trong đó, khoảng 80% tổng sản xuất sucrose ester được sử dụng trong thực phẩm, nhưng vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu Sự cần thiết về sản phẩm chất lượng cao trong ngành mỹ phẩm, đặc biệt là các sản phẩm chăm sóc da và tóc, sẽ dẫn đến việc gia tăng sản xuất sucrose ester trong tương lai.
Ngày nay, các tổ chức như FAO, WHO và Hội đồng chuyên gia về thực phẩm đã cho phép sử dụng sucrose ester của acid béo làm phụ gia thực phẩm với mức an toàn là 30mg/kg thể trọng mỗi ngày.
Tính chất
Sucrose ester có những tính chất sau:
Là những chất không mùi, không vị, không độc hại nên thích hợp sử dụng tạo nhũ trong thực phẩm.
Là những chất không gây kích ứng da và mắt nên không những được ứng dụng trong thực phẩm, mà cònđư ợc ứng dụng trong dược phẩm, mỹ phẩm.
Là chất dễ dàng bị phân huỷ sinh học nên hoàn toàn không gây ô nhiễm môi trường.
Sucrose ester có khả năng ứng dụng đa dạng nhờ tính chất hòa tan trong nước của chúng, thay đổi từ tan đến không tan Sự thay đổi này phụ thuộc vào chiều dài mạch hydrocarbon của acid béo và số lượng mạch hydrocarbon được gắn trên phân tử sucrose, từ 1 đến 8 vị trí.
Sucrose ester tuỳ theo số lượng nhóm acid béo được gắn trên phân tử đường mà chúng tồn tại từ trạng thái lỏng đến trạng thái rắn.
Tính ch ất hóa – lý c ủa một chất hoạt động bề mặt: [32, 38, 53]
Một trong những tính chất quan trọng của chất hoạt động bề mặt là khả năng giảm sức căng bề mặt giữa lỏng - khí và giữa hai pha dầu - nước, được xác định bằng phương pháp vòng Du-Nouy Để đánh giá độ hoạt động của chất HĐBM, nồng độ micelle tới hạn (CMC) là yếu tố chính CMC là nồng độ tối thiểu cần thiết để đạt được giá trị sức căng bề mặt thấp nhất giữa hai bề mặt.
Hình 1.2 Đồ thị xác định nồng độ micelle tới hạn
Hình 1.3 sự tạo thành micelle Một yếu tố khác để dự đoán độ hoạt động của chất HĐBM là chỉ số HLB
Chỉ số HLB (Hydrophilic – Lipophilic Balance) là một đặc tính quan trọng của các ester, thể hiện sự cân bằng giữa ái nước và ái dầu Các chất HĐBM có chỉ số HLB từ 3 đến 6 thường có khả năng ái lực với dầu, được sử dụng làm chất nhũ hóa để duy trì ổn định hàm lượng nước trong hệ nhũ tương nước trong dầu (W/O) Ngược lại, các chất HĐBM có chỉ số HLB từ 9 đến 18 có ái lực với nước, thường được dùng làm chất nhũ hóa để giữ ổn định hàm lượng dầu trong hệ nhũ tương dầu trong nước (O/W).
Nồng độ chất hoạt động bề mặt
Sức căng bề mặt Độ đục Độ dẫn điện tương đương Áp suất thẩm thấu Đuôi
Monomer CHĐBM với chỉ số HLB cao có khả năng hòa tan trong nước, trong khi những chất có chỉ số HLB thấp lại hòa tan trong dầu.
Phân tử sucrose ester, với tám nhóm hydroxyl, có khả năng tạo thành từ mono acid đến octa acid, dẫn đến sự biến đổi chỉ số HLB trong một dãy rộng Chỉ số HLB của sucrose ester không chỉ đa dạng hơn so với các chất tạo nhũ khác mà còn có thể được điều chỉnh dựa trên nhiều yếu tố khác nhau.
- Độ ester hóa: càng nhiều mono-ester thì chỉ số HLB càng cao
Hình 1.4 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc chỉ số HLB vào độ ester hóa
- Độdài mạch acid béo: mạch acid càng ngắn, chỉ số HLB càng cao.
B ảng 1.1 Sự phụ thuộc HLB vào thành phần acid béo và độ ester hoá
Sugar ester HLB Thành phần acid béo (%)
Thành phần ester (%) Mono - ester Di-, tri hoặc poly- ester
B ảng 1.2: Chỉ số HLB của một số chất tạo nhũ
B ảng 1.3: Chỉ số HLB của một số chất tạo nhũ ứng dụng trong thực phẩm
Cách xác định chỉ số HLB: [15]
Chỉ số HLB của một chất hoạt động bề mặt được xác định bằng cách tính phần trăm của phần ion ưa nước so với tổng số phân tử lượng của chất đó, sau đó chia cho 5.
Ví dụ: Phân tử sodium oleate CH 3 (CH 2 ) 7 CH=CH(CH 2 ) 7 COONa có phân tử khối M = 305 Phần ưu nước COONa có m = 67 HLB = (m/M)*100/5 = (67/305)*100/5 =4.4
Để xác định chỉ số HLB của một hệ A gồm nhiều chất hoạt động bề mặt : S 1 có chỉ số HLB : L 1 , chiếm x 1 % trong hỗn hợp
S 2 có chỉ số HLB : L 2 , chiếm x 2 % trong hỗn hợp
S 3 có chỉ số HLB : L 3 , chiếm x 3 % trong hỗn hợp,….
Ví dụ: Span 80 có chỉ số HLB = 4 chiếm 50%
Tween 80 có chỉ số HLB = 15 chiếm 50%
Vậy chỉ số HLB tronghỗn hợp : [(4*50) + (15*50)]/100 = 9.5
Phản ứng điều chế Sucrose ester
Có ba phương pháp điều chế sucrose ester:
Phản ứng giữa sucrose với chloride acid béo.
Phản ứng giữa sucrose với acid béo anhydride.
Phản ứng chuyển hoá ester giữa sucrose với ester của acid béo.
1.5.1 Ph ản ứng giữa sucrose với chloride acid béo
Phản ứng với sự có mặt của pyridine chủ yếu được sử dụng để sản xuất sucrose octa ester, một sản phẩm dùng làm mỡ nhân tạo Tuy nhiên, phản ứng này ít được áp dụng trong sản xuất chất HĐBM do hiệu suất thấp trong việc tạo ra sucrose monoester hoặc diester, dẫn đến tính kinh tế không khả thi.
1.5.2 Ph ản ứng giữa sucrose với acid béo anhydride Để sản xuất anhydride của một acid béo cao là một quá trình cực kỳ phức tạp và giá thành cao nên phản ứng này không được phát triển trong thương mại.
Hiện nay, quy trình sản xuất sucrose ester chủ yếu tập trung vào phản ứng chuyển đổi ester, thường là ester methyl hoặc glyceryl của acid béo.
1.5.3 Ph ản ứng chuyển hoá ester giữa sucrose với ester của acid béo
Có hai con đường cơ bản để thực hiện phản ứng chuyển đổi ester: phản ứng được thực hiện trong dung môi hoặc không sử dụng dung môi.
Quá trình chuyển đổi ester thường sử dụng dung môi như Dimethylsulfoxide (DMSO) và Dimethylformamide (DMF), diễn ra ở nhiệt độ 90°C với sự có mặt của xúc tác base như calcium carbonate hoặc sodium carbonate Tác chất tham gia phản ứng là sucrose và methyl ester của acid béo, và quá trình này được thực hiện trong môi trường khan nước tuyệt đối Sau phản ứng, dung môi phải được loại bỏ hoàn toàn, và theo tiêu chuẩn của FDA, hàm lượng DMF và DMSO trong sản phẩm sucrose ester không được vượt quá 2 ppm.
Sau khi thay đổi dung môi trong quá trình chuyển hoá ester, nước được sử dụng làm dung môi chính Sucrose hòa tan trong nước với sự hiện diện của sodium stearate và một xúc tác base Hỗn hợp phản ứng được loại bỏ nước dưới áp suất thấp và nâng nhiệt độ để đạt trạng thái đồng thể Mặc dù phương pháp này tránh được nhược điểm của dung môi hữu cơ, nhưng không được áp dụng trong sản xuất thương mại do một phần methyl ester bị thuỷ phân thành xà phòng, dẫn đến hiệu suất phản ứng kém.
Quy trình chuyển hoá ester không dung môi đã được đề xuất, trong đó sucrose được làm nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ từ 170°C đến 190°C Sau một thời gian ngắn, sucrose bắt đầu caramel hoá, do đó, phản ứng chuyển đổi ester cần phải diễn ra trong vòng 20 phút Tương tự như quy trình sử dụng dung môi, phản ứng này cũng được thực hiện dưới áp suất chân không Tuy nhiên, hiệu suất phản ứng thấp dẫn đến việc quy trình này không được áp dụng trong sản xuất công nghiệp.
Gần đây, nhiều bằng sáng chế liên quan đến tổng hợp sucrose ester bằng xúc tác enzyme đã được công bố Enzyme lipase được xác định là enzyme thích hợp cho phản ứng này Một trong những ưu điểm nổi bật của việc sử dụng enzyme làm xúc tác trong phản ứng chuyển đổi ester là tính chọn lọc cao và khả năng thực hiện ở điều kiện nhiệt độ thấp.
Phương pháp sử dụng enzyme lipase ở nhiệt độ 60 độ C với các dung môi phổ biến như Acetone, Ethyl acetate và n-Hexan cho thấy ít sản phẩm phụ Tuy nhiên, nhược điểm lớn của phương pháp này là mỗi loại enzyme lipase chỉ có khả năng xúc tác cho một phản ứng chuyển đổi ester nhất định, tùy thuộc vào độ dài của chuỗi hydrocarbon.
Một quy trình phản ứng không sử dụng dung môi và không cần điều kiện nóng chảy của đường đã được phát triển, sử dụng xúc tác chuyển pha như sodium stearate và zin palmitate Phản ứng diễn ra ở nhiệt độ 110 – 140 °C trong môi trường chân không với sự hiện diện của xúc tác base như potassium carbonate và sodium carbonate Sản phẩm thu được dễ dàng chiết tách, và xúc tác chuyển pha có thể được thu hồi và tái sử dụng, mang lại lợi ích cho các quy trình sản xuất công nghiệp.
1.5.4 Tổng hợp sucrose ester bằng phảnứng chuyển đổi ester trong dung môi
Phản ứng chuyển đổi ester giữa sucrose và methyl ester của acid béo diễn ra trong dung môi hữu cơ với sự xúc tác của K2CO3, thuộc loại phản ứng cộng tách nucleopile hai giai đoạn Quá trình bắt đầu khi sucrose tương tác với K2CO3, tạo ra kali sucrate Sau đó, ion sucrate tấn công vào carbonyl của methyl ester, hình thành hợp chất trung gian sucrose ester Cuối cùng, sucrose ester và methanoate kali được tạo ra, trong đó methanoate kali tiếp tục phản ứng với sucrose, tạo ra kali sucrate và giải phóng methanol Cơ chế phản ứng được thể hiện rõ trong hình 1.5.
Hình 1.5:Cơchếphản ứng chuyển đổiester giữa sucrose và methyl ester của acid béo trong dung môi hữu cơvới sự có mặt của xúc tác K 2 CO 3
Sucrose với 8 nhóm –OH có khả năng tham gia vào phản ứng chuyển đổi ester, tạo ra mono-, di-, và octa-ester Mức độ ester hóa của phản ứng phụ thuộc vào tỷ lệ đương lượng của các tác chất tham gia, dẫn đến sự khác biệt trong sản phẩm ester hóa.
Hình 1.6: Phản ứng tạosucrose ester
Dung môi h ữ u c ơ được s ử d ụng trong ph ản ứ ng chuy ển đổi ester gi ữ a sucrose và ester c ủa acid béo [30]
Có 4 nhóm dung môi chính có thể được dùng để đưa phản ứng về đồng thể và có thể sửdụng riêng rẽhoặc hỗnhợp các dung môi này Bốnnhóm dung môi đólà:
The first group of solvents consists of mono and di-alkyl, alkoxy-alkyl amides derived from short-chain fatty acids, specifically amides with carbon chain lengths ranging from C3 to C8 This group includes notable solvents such as N,N-dimethylformamide, dimethylacetamide, N-n-amyl N-methyl formamide, N,N-di(methoxyethyl)formamide, N-methyl N-ethoxyethyl formamide, and N-methyl formamide.
The second group of solvents consists of cyclic amides derived from short-chain fatty acids This category includes compounds such as N-formyl morpholine, N-acetyl morpholine, N-propionyl morpholine, dimethyl N-formyl morpholine, N-formyl piperidine, and N-acetyl piperidine.
Nhóm dung môi thứ ba bao gồm các amine bậc 3 với 1, 2 hoặc 3 gốc alkoxy-alkyl và chứa ít hơn 9 nguyên tử carbon Một số ví dụ điển hình là dimethyl methoxyethyl amine, methyl dimethoxyethyl amine, dimethyl ethoxyethyl amine, methyl ethyl methoxyethyl amine, dimethyl 2-methoxyethyl amine và tri(methoxyethyl)amine.
- Nhóm dung môi thứ tưlà các N-alkyl pyrrolidones và caprolactams Ví dụnhư: - methyl-2-pyrrolidone, N-butyl pyrrolidone và N-methyl caprolactam.
Ứng dụng của Sucrose ester
Sucrose ester được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau như: công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm, chất tẩy rửa.
Trong khối Cộng Đồng Châu Âu E.U., sucrose ester của acid béo được áp dụng trong các lĩnh vực sau: [64]
Thực phẩm: Cafe lỏng đóng hộp, sản phẩm thịt đã xử lý nhiệt, nhũ mỡ dùng cho mục đích nướng, bánh kẹo, chewing gum,…
Trong lĩnh vực mỹ phẩm: các loại kem, nhũ dịch, chất tẩy rửa,…
Lĩnh vực y tế: thuốc mỡ, sử dụng chế tạo văcxin,…
Sucrose ester được ứng dụng trong nông nghiệp, đặc biệt trong công nghệ sản xuất thuốc trừ sâu, được Viện Nghiên cứu Dịch vụ Nông nghiệp Mỹ (ARS) áp dụng rộng rãi Ngoài ra, sucrose ester còn được sử dụng để tạo ra màng bảo quản trái cây hiệu quả.
1.6.1 Trong l ĩnh vực chất tẩy rửa [30, 31,39, ]
Sản phẩm sucrose ester là lựa chọn lý tưởng trong ngành tẩy rửa, đặc biệt với acid béo có số carbon từ C16 đến C18 Chúng được sử dụng rộng rãi trong các chất tẩy rửa cho con người, giặt giũ, và đặc biệt an toàn cho mắt trong các sản phẩm dầu gội.
Chất tẩy rửa sucrose ester đã được nghiên cứu từ những năm 1960 và nổi bật với khả năng chống bám bẩn trở lại trên bề mặt giặt Nghiên cứu cho thấy, các vật liệu từ mạch carbon 18 mang lại hiệu quả tốt hơn so với các mạch carbon ngắn, và những ester bão hòa hoạt động hiệu quả hơn so với ester không bão hòa.
Sucrose ester là một loại chất hoạt động bề mặt không ion, mang lại nhiều lợi ích khi được sử dụng làm chất tẩy rửa Đặc biệt, chúng rất hiệu quả trong việc tẩy rửa các sợi thiên nhiên.
Tơ và len được coi là “những sợi lưỡng tính” vì chúng chứa cả tính anion và cation Việc sử dụng chất tẩy rửa kiềm để giặt những sợi này có thể khiến tác chất anion hấp thụ vào gốc cation (gốc amino) của tơ, dẫn đến hư hỏng sợi tơ Để tránh vấn đề này, nên sử dụng tác chất không ion, đặc biệt là sucrose ester.
1.6.2 Trong l ĩnh vực thực phẩm [2, 23, 41]
Sucrose ester là chất kháng khuẩn phổ biến trong thức uống đóng hộp tại Nhật Bản Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra tính kháng khuẩn của sucrose ester, dẫn đến việc phát triển các dẫn xuất thương mại ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm.
Qua nghiên cứu [23] các dẫn xuất sucrose ester ứng dụng trong lĩnh vực này có tính kháng khuẩn thì số carbon của mạch acid béo nằm trong khoảng C 8 –C 10
Sucrose ester được sử dụng để tạo ra màng bảo quản trái cây, giúp hạn chế sự thoát hơi nước và kéo dài thời gian bảo quản Ngoài ra, tính kháng khuẩn của sucrose ester cũng góp phần giữ cho trái cây tươi lâu hơn.
Sucrose ester của acid béo là thành phần phổ biến trong nhiều loại thực phẩm, giúp giảm cholesterol trong máu Những sucrose ester này, đặc biệt là từ bốn nhóm ester với acid béo trở lên, có khả năng tiêu hóa hoàn toàn và thường được sử dụng trong thực phẩm ít calorie.
Sucrose ester là một thành phần quan trọng trong các sản phẩm ít calorie, giúp thay thế một phần chất béo mà vẫn duy trì kết cấu và hương vị của thực phẩm Các loại sucrose như hexaoleate, heptaoleate và octaoleate được sử dụng trong bánh ngọt, bánh nướng, bánh biscuit và bánh mì, mang lại hương vị thơm ngon với lượng calorie thấp Ngoài ra, sucrose ester từ acid palmitic, dodecanoic và stearic có thể được dùng riêng lẻ hoặc kết hợp với chất bảo quản để xử lý bề mặt phô mai và chống oxi hóa Ứng dụng của sucrose ester phụ thuộc vào loại thực phẩm, chỉ số HLB của ester và acid béo, ví dụ như palmitat esters C16 (HLB 16) thích hợp cho kem và sữa, trong khi sucrose stearat (HLB 16) được dùng để đông bột nhão.
1.6.3 Trong l ĩnh vực mỹ phẩm [23,35]
Với sự phát triển của các sản phẩm tẩy rửa cho tóc và cơ thể, việc bổ sung các chất hoạt động bề mặt non-ionic vào hỗn hợp các chất hoạt động bề mặt ionic và amphoteric giúp tăng cường tính dịu nhẹ cho sản phẩm.
Sucrose ester là các chất hoạt động bề mặt không ion, với những tính chất đặc biệt và cải tiến, giúp chúng trở thành lựa chọn phổ biến trong ngành hóa mỹ phẩm, mang lại nhiều lợi ích cho sản phẩm.
Trong những sản phẩm tẩy rửa dịu nhẹvà tẩy rửa 2 trong 1, sucrose ester:
- Giảm tính kíchứng của chất hoạt động bềmặt ionic.
- Tăng đáng kểtính nhạy cả đối với da.
- Chất nhũ hóa tăng tính béo trong công thức chất tẩy rửa.
- Chỉ ảnh hưởng đến tính tạo bọt của một sốchất hoạt động bềmặt thông dụng.
- Làm tăng hoạt tính trong dầu gội và một sốsản phẩm khác.
- Tăng độnhớt tại nồng đột chất điện phân thấp.
Công ty S Black hiện đang cung cấp một loạt các sản phẩm thương mại, bao gồm các chất nền sucrose ester của acid béo, phục vụ cho ngành công nghiệp mỹ phẩm tại Anh Các sản phẩm này có chỉ số HLB dao động từ 1 đến 15.
1.6.4 Trong l ĩnh vực dược phẩm
Sucrose ester có khả năng cải thiện tính tan trong nước và khả năng hấp thụ của thuốc, làm cho chúng trở thành một lựa chọn tiềm năng thay thế cho các chất hoạt động bề mặt non-ionic truyền thống như ethylene oxide trong ngành dược phẩm Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra ứng dụng của sucrose ester trong lĩnh vực này.
Năm 1976, Mattson và Volpenhei đã mô tả thành phần của thuốc tăng cường hấp thụ cholesterol, bao gồm sucrose ester, cùng với phương pháp làm tăng mức cholesterol huyết sử dụng những ester này.
Năm 1980, Volpenhei và Jandacek cũng nghiên cứu thêm một ứng dụng trong dược phẩm trong đó sucrose ester loại bỏ độc tốhalogen ra khỏi cơ thể.
Năm 1981, Jandacek đề nghị sử dụng sucrose ester trong việc điều trị bệnh sỏi mật.
Sucrose ester của acid béo có trên bốn nhóm ester hóa dùng trong vitamin tăng tính tan chất béo.
Trong các nghiên cứu gần đây, sucrose ester đã được ứng dụng trong kỹ thuật tan chảy nóng, đặc biệt là những loại có chỉ số HLB cao, giúp tăng cường khả năng tan của các loại thuốc kém tan trong nước Ngược lại, sucrose ester với chỉ số HLB trung bình có thể cải thiện khả năng hòa tan của các thuốc có tính thấm ướt kém, nhưng lại làm giảm khả năng phóng thích của những thuốc tan tốt.
Hình 1.7: Tóm lược ứng dụng của sucrose ester của acid béo
Nội dung và Phương pháp nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu
- Khảo sát, tìmđiều kiện phản ứng để điều chế sucrose ester từ nguồn nguyên liệu acid béo C 8 , C 10 , C 12 và dầu dừa
- Khảo sát một số tính chất của sản phẩm điều chế được
Methyl ester của acid béo là chất không phân cực, trong khi sucrose là chất phân cực, do đó cần dung môi hòa tan cả hai để tạo hỗn hợp phản ứng đồng thể Phương pháp tổng hợp sucrose ester thông qua ester hóa trong dung môi được ưa chuộng nhờ tính đơn giản, chi phí thấp và hiệu suất cao Tuy nhiên, việc sử dụng dung môi có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người, làm hạn chế ứng dụng của sản phẩm trong ngành thực phẩm Nếu kiểm soát hàm lượng dung môi ở mức cho phép, sản phẩm vẫn có thể được sử dụng an toàn.
Nghiên cứu này tập trung vào phương pháp tổng hợp sucrose ester thông qua phản ứng chuyển đổi ester hóa học trong dung môi, nhằm đáp ứng xu hướng nghiên cứu toàn cầu, điều này vẫn chưa được khai thác sâu tại Việt Nam.
DMSO được chọn làm dung môi cho phản ứng chuyển đổi ester nhờ vào khả năng đun nóng ổn định, khả năng hòa tan tốt các tác chất và ít độc hại hơn so với các dung môi tương tự khác Trong nghiên cứu này, dung môi chiếm tỷ lệ từ 70.8% đến 145.8% tổng khối lượng sucrose và methyl ester của acid béo.
Chọn methyl ester của octanoic acid, decanoic acid và dodecanoic acid làm tác chất trong phản ứng chuyển đổi ester giúp sản xuất sucrose ester hiệu quả Sản phẩm phụ methanol có nhiệt độ sôi thấp (64,5°C ở 760 mmHg), dễ dàng loại bỏ qua chưng cất, từ đó thúc đẩy cân bằng phản ứng về phía tạo ra nhiều sucrose ester Ba acid béo này cũng là thành phần chính trong dầu dừa, mở ra cơ hội ứng dụng dầu dừa trong sản xuất sucrose ester.
Phản ứng chuyển đổi ester giữa sucrose và methyl ester của acid béo là một phản ứng thuận nghịch và thu nhiệt, đòi hỏi cung cấp nhiệt để diễn ra Tuy nhiên, sucrose dễ bị caramel hóa ở nhiệt độ cao (t 0 caramel hóa = 186 0 C) và theo thời gian Do đó, nhiệt độ và thời gian phản ứng có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và độ ester hóa của sản phẩm, vì vậy nghiên cứu này sẽ khảo sát các yếu tố này.
Phản ứng chuyển đổi ester giữa sucrose và methyl ester của acid béo trong dung môi DMSO với xúc tác base K2CO3 cần thực hiện trong điều kiện khan nước để tăng hiệu suất và dễ dàng tinh chế sản phẩm Để đảm bảo không có H2O trong quá trình phản ứng, thường yêu cầu nhiệt độ cao và áp suất chân không, đồng thời tách methanol ngay khi nó hình thành.
Sucrose ester có độ ester hóa từ 1-5 có thể được tổng hợp bằng cách điều chỉnh tỷ lệ mol giữa methyl ester và sucrose Khi tỷ lệ mol sucrose và methyl ester acid béo tăng, hàm lượng sucrose mono-ester cũng tăng theo Tuy nhiên, để đảm bảo tính kinh tế và lượng dung môi DMSO sử dụng, nghiên cứu này sẽ khảo sát tỷ lệ mol tối ưu giữa sucrose và methyl ester trong quá trình tổng hợp sucrose mono-ester của decanoic acid.
Vì xúc tác K 2 CO 3 là tác chất cho phản ứng tạo kali sucrate nên trong nghiên cứu này hàm lượng xúc tác cũng được khảo sát.
2.3 Hóa chất và dụng cụ
Hóa ch ất Thi ết b ị - D ụng c ụ
- Sulfuric acid H 2 SO 4 98%(Trung Quốc)
- Sodium sulfate Na 2 SO 4 (Trung Quốc)
- Potassium carbonate K 2 CO 3 (Trung Quốc)
- Sodium chloride NaCl (Trung Quốc)
- Acid acetic CH 3 COOH (Trung Quốc)
- Bình cầu2 cổnút nhám 250ml
- Pipet 10ml, 5ml, 2ml, 1ml
- Máy cô quay chân không
2.4 Các phương pháp phân tích
GC/MS là thiết bị phân tích bao gồm hai thành phần chính: sắc ký khí và khối phổ Phần sắc ký khí sử dụng cột mao quản với kích thước (chiều dài, đường kính, bề dày) tùy thuộc vào tính chất của pha Sự khác biệt về tính chất hóa học giữa các phân tử trong hỗn hợp dẫn đến việc tách biệt chúng dọc theo chiều dài cột, mỗi phân tử có thời gian lưu khác nhau Quá trình này cho phép khối phổ thu nhận các ion của từng phân tử.
Khối phổ sẽ phá vỡ mỗi phân tử thành các mảnh vỡ ion.
Hình 2.1 Sơ đồ máy sắc ký khí khối phổ
Mẫu được phân tích bằng GC/MS trên thiết bị Agilent 6890N – 5973 với detector chọn lọc khối Sử dụng cột mao quản HP 5 (30m x 0.25mm x 0.25μm) và chế độ chia dòng split 20 Chương trình nhiệt bắt đầu giữ ở 60°C trong 2 phút, sau đó gia nhiệt với tốc độ 10°C/phút đến 140°C và giữ trong 1 phút Tiếp theo, gia nhiệt với tốc độ 30°C/phút đến 280°C và duy trì ở nhiệt độ này trong 20 phút.
Sắc ký bản mỏng TLC (Thin Layer Chromatography) là một phương pháp sắc ký lỏng-rắn, trong đó pha tĩnh được trải thành lớp mỏng trên bề mặt kính, nhựa hoặc kim loại Giọt dung dịch mẫu được đặt trên đường xuất phát cách rìa bản khoảng 1-3 cm, trong khi rìa bản được nhúng vào dung môi thích hợp, đóng vai trò là pha động Dưới tác động của lực mao quản, dung môi di chuyển dọc theo lớp hấp phụ, mang theo các cấu tử của hỗn hợp với tốc độ khác nhau, dẫn đến sự tách biệt các thành phần.
Phương pháp sắc ký lớp mỏng (TLC) mang lại nhiều ưu điểm như thiết bị đơn giản và thời gian phân tích nhanh TLC thường được sử dụng để đồng nhất các chất theo phương pháp làm chứng, trong đó một giọt chất tương ứng được nhỏ bên cạnh giọt dung dịch mẫu tại vạch xuất phát Sự tương đồng về Rf giữa các cấu tử trong mẫu và chất làm chứng cho phép xác định chúng là cùng một chất Để thực hiện phân tích TLC, 1mL hỗn hợp mẫu được lấy ra từ phản ứng và chấm lên bản mỏng.
Bộ phận bắt khối phổ
Silica gel (0.1mm) combined with a solvent mixture of chloroform, methanol, acetic acid, and water in a ratio of 80:15:8:2 v/v/v/v is utilized for running the process The visualization of the results is achieved through a methanol/sulfuric acid spray (1:1 v/v) followed by heating at 140°C for 10 minutes.
Sắc ký lỏng cao áp HPLC (High Pressure Liquid Chromatography) là một phương pháp sắc ký tiên tiến, phát triển từ sắc ký lỏng dạng cột Trong phương pháp này, pha động được đẩy qua cột sắc ký nhờ áp suất cao, cho phép sử dụng hạt nhỏ trong cột hấp phụ, từ đó tăng cường diện tích bề mặt tiếp xúc giữa pha tĩnh và các phân tử Điều này giúp nâng cao khả năng phân tích các chất trong hỗn hợp Các chất có thời gian lưu khác nhau sẽ lần lượt thoát ra khỏi cột, và đầu dò ghi nhận các phần tử, hiển thị dưới dạng các đỉnh trên sắc ký đồ.
Hình 2.2:Sơ đồhệ máy HPLC
Phương pháp đo sức căng bề mặt phổ biến nhất là sử dụng vòng Du Nouy, được đặt theo tên nhà vật lý học Pháp cuối thế kỷ 19 Hệ thống đo này bao gồm một cân micro chính xác, một vòng platinum và một cơ cấu chính xác để dịch chuyển mẫu lỏng trong cốc thủy tinh.
Vòng treo được ngâm từ từ vào chất lỏng và sau đó kéo lên bằng cách hạ cốc mẫu Cân micro ghi lại lực căng bề mặt của chất lỏng và vòng trong suốt quá trình này Sức căng bề mặt, đo bằng đơn vị dynes/cm, là lực cần thiết để kéo vòng ra khỏi bề mặt chất lỏng.
Hình 2.3 Thiết bị đosức căng bềmặt : (a)–vòng Du Nouy
Hóa chất và dụng cụ
Hóa ch ất Thi ết b ị - D ụng c ụ
- Sulfuric acid H 2 SO 4 98%(Trung Quốc)
- Sodium sulfate Na 2 SO 4 (Trung Quốc)
- Potassium carbonate K 2 CO 3 (Trung Quốc)
- Sodium chloride NaCl (Trung Quốc)
- Acid acetic CH 3 COOH (Trung Quốc)
- Bình cầu2 cổnút nhám 250ml
- Pipet 10ml, 5ml, 2ml, 1ml
- Máy cô quay chân không
Các phương pháp phân tích
GC/MS là thiết bị bao gồm hai phần chính: sắc ký khí và khối phổ Phần sắc ký khí sử dụng cột mao quản với kích thước tùy thuộc vào tính chất của pha, giúp tách biệt các phân tử trong hỗn hợp dựa trên sự khác biệt về tính chất hóa học Mỗi phân tử sẽ có thời gian lưu khác nhau khi ra khỏi cột, cho phép khối phổ thu thập các ion của chúng.
Khối phổ sẽ phá vỡ mỗi phân tử thành các mảnh vỡ ion.
Hình 2.1 Sơ đồ máy sắc ký khí khối phổ
Mẫu được phân tích bằng phương pháp GC/MS sử dụng máy Agilent 6890N – 5973 inert với đầu dò khối lượng chọn lọc Cột mao quản HP 5 có kích thước 30m x 0.25mm x 0.25μm được sử dụng trong chế độ chia dòng với tỷ lệ 20 Chương trình nhiệt bắt đầu với việc giữ nhiệt độ ở 60°C trong 2 phút, sau đó gia nhiệt với tốc độ 10°C/phút đến 140°C và giữ ở nhiệt độ này trong 1 phút Tiếp theo, nhiệt độ được gia tăng với tốc độ 30°C/phút cho đến khi đạt 280°C, giữ ở mức này trong 20 phút.
Sắc ký bản mỏng TLC (Thin Layer Chromatography) là phương pháp sắc ký lỏng-rắn, trong đó pha tĩnh được trải thành lớp mỏng trên bề mặt kính, nhựa hoặc kim loại Dung dịch mẫu được nhỏ lên bề mặt cách rìa bản khoảng 1-3 cm, trong khi rìa bản được nhúng vào dung môi thích hợp, đóng vai trò là pha động Nhờ lực mao quản, dung môi di chuyển dọc theo lớp hấp phụ và vận chuyển các cấu tử của hỗn hợp với tốc độ khác nhau, dẫn đến sự tách biệt các cấu tử.
Phương pháp sắc ký lớp mỏng (TLC) có nhiều ưu điểm nổi bật như thiết bị đơn giản, thời gian phân tích nhanh và khả năng tách các cấu tử dễ dàng TLC thường được ứng dụng trong việc đồng nhất các chất thông qua phương pháp làm chứng, trong đó một giọt chất tương ứng với thành phần giả thiết được nhỏ bên cạnh giọt dung dịch mẫu Sự trùng lặp của Rf giữa cấu tử trong mẫu và chất làm chứng cho phép xác định chúng là cùng một chất Để thực hiện phân tích TLC, 1mL hỗn hợp mẫu được lấy ra từ phản ứng và được chấm lên bản mỏng.
Bộ phận bắt khối phổ
Silica gel (0.1mm) is utilized as a stationary phase, while a solvent mixture of chloroform, methanol, acetic acid, and water in a ratio of 80:15:8:2 v/v/v/v is employed for running the chromatography Visualization of the results is achieved through a methanol/sulfuric acid spray (1:1 v/v), followed by heating at 140°C for 10 minutes.
Sắc ký lỏng cao áp HPLC (High Pressure Liquid Chromatography) là một phương pháp sắc ký hiện đại, phát triển từ sắc ký lỏng dạng cột Khác với phương pháp cổ điển, pha động trong HPLC được vận chuyển dưới áp lực, cho phép sử dụng hạt nhỏ trong cột hấp phụ, từ đó tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa pha tĩnh và các phân tử Điều này cải thiện khả năng phân tích các chất trong hỗn hợp, với các chất có thời gian lưu khác nhau được tách ra và ghi nhận qua đầu dò, hiển thị dưới dạng các đỉnh trên sắc ký đồ.
Hình 2.2:Sơ đồhệ máy HPLC
Phương pháp đo sức căng bề mặt phổ biến nhất là sử dụng vòng Du Nouy, được đặt theo tên một nhà vật lý học Pháp vào cuối thế kỷ 19 Hệ thống này bao gồm một cân micro chính xác, một vòng platinum và một cơ cấu chính xác để dịch chuyển mẫu lỏng trong cốc thủy tinh.
Vòng treo trên giá cân bằng được ngâm từ từ vào chất lỏng và sau đó được kéo lên bằng cách hạ thấp cốc mẫu Cân micro ghi lại lực căng bề mặt của chất lỏng.
Phương pháp nghiên cứu
Hình 2.3 Thiết bị đosức căng bềmặt : (a)–vòng Du Nouy
Methyl ester là nguyên liệu trung gian quan trọng trong việc sản xuất sucrose ester từ acid béo Quá trình điều chế methyl ester diễn ra thông qua phản ứng ester hóa giữa methanol và acid béo, được thực hiện trong máy microwave, mang lại nhiều ưu điểm nổi bật.
Thời gian phảnứng ngắn: 20 phút/mẻ
Phản ứng được thực hiện trong bình cầu 250ml với sinh hàn hồi lưu và gia nhiệt bằng máy microwave Do đây là phản ứng thuận nghịch, để đạt được kết quả mong muốn, cần sử dụng một lượng dư methanol làm tác chất ban đầu.
Hệ phản ứng bao gồm 1 mol acid béo, 3 mol methanol và 3 ml H2SO4 98% được cho vào bình cầu Sử dụng máy microwave, thiết lập ở công suất 120W trong 10 phút, sau đó điều chỉnh xuống 90W trong 20 phút.
Sau khi kết thúc phản ứng, hệ thống sẽ lắng và tách thành hai lớp Lớp dưới được chiết tách bỏ, trong khi lớp trên được thu lấy và trung hòa bằng Na2CO3 bão hòa Để kiểm tra pH của dung dịch, sử dụng quỳ tím Cuối cùng, rửa hệ với dung dịch NaCl bão hòa và chiết bỏ lớp dưới.
Làm khan hệvới một lượng natri sulfate khan trong từ 1 đến 2 ngày rồi lọc bỏNa 2 SO 4
Cô quay thu hồi methanol và methyl ester thu được được phân tích bằng sắc ký khí khối phổ GC/MS Agilent 6980N – 5973 tại phòng phân tích của Viện Khoa học Công nghệ Vật liệu và Ứng dụng, số 01 Mạc Đĩnh Chi, Quận 1, TP.HCM.
Hình 2.4 Quy trìnhđiều chếmethyl ester C 8 , C 10 , C 12
Hiệu suất phảnứng Methyl ester được tính theo công thức:
Trong đó: m tt : khối lượng methyl ester nhận được bằng thực nghiệm
Quy trìnhđiều chế Methyl ester của các acid béo
M lt : khối lượng methyl ester tính theo lý thuyết, theo công thức: acid * lt methylester acid m m M
Trong đó: m acid : khối lượng acid béo sửdụng cho phảnứng
M acid : phân tửkhối của acid béo tương ứng
Mmethyl ester: phân tửkhối của methyl ester tương ứng với acid.
2.5.2 Điều chếmethyl ester dầu dừa
Hình 2.5 Quy trìnhđiều chế Methyl ester từ dầu dừa
Phản ứng được tiến hành trong bình cầu 250ml có sinh hàn hồi lưu và được gia nhiệt bằng máy microwave Do đây là phản ứng thuận nghịch, cần sử dụng một lượng dư methanol để đảm bảo phản ứng diễn ra theo chiều mong muốn.
Hệ phản ứng bao gồm 1 mol dầu dừa, 7.5 mol methanol và 3% sodium silicate tính theo khối lượng dầu dừa được cho vào bình cầu Sau đó, máy microwave được vận hành ở công suất 70W trong 15 phút Kết thúc quá trình phản ứng, tiến hành lọc để thu lấy kết tủa và để lắng hệ.
Sodium silicate Methanol Dầu dừa
Phản ứng chuyển hóa ester
H2O hợp sẽ tách thành hai lớp, trong đó lớp dưới là glycerin cần được loại bỏ Sau khi thu lấy lớp trên, tiến hành rửa với nước và dung dịch NaCl bão hòa, tiếp tục chiết bỏ lớp dưới Để làm khan hệ, sử dụng natri sulfate khan trong 1 đến 2 ngày, sau đó lọc bỏ Na2SO4 và cô quay để thu hồi methanol.
Methyl ester sau khi cô quay được phân tích bằng sắc ký khí khối phổ GC/MS Agilent 6980N – 5973 tại viện Khoa học công nghệ Vật liệu và Ứng dụng, địa chỉ số 01 Mạc Đĩnh Chi, Quận 1, Tp.HCM.
Hiệu suất điều chếmethyl ester dầu dừa được tính dựa trên kết quả đo phổGC/MS:
Hmethyl ester dd: hiệu suất methyl ester dầu dừa
Smethyl ester dd: diện tích methyl ester dầu dừa ƩS: Tổng diện tích của các chất có trong sản phẩm
Phản ứng chuyển đổi ester giữa sucrose và methylester trong dung môi DMSO được thực hiện với xúc tác K2CO3 trong bình cầu hai cổ 250ml, dưới điều kiện áp suất chân không 600mmHg.
Trong quá trình thực hiện phản ứng, sucrose cùng với một lượng xúc tác K2CO3 được cho vào bình cầu hai cổ và gia nhiệt giảm áp để loại bỏ ẩm Sau đó, dung môi DMSO được thêm vào bình, và tốc độ khuấy được điều chỉnh để đảm bảo sucrose và K2CO3 phân tán đều trong dung môi Cuối cùng, methyl ester được bổ sung vào phản ứng.
Sử dụng sắc ký bản mỏng để theo dõi phản ứng giữa sucrose và methyl ester acid béo Quá trình thực hiện bao gồm việc lấy 1 ml hỗn hợp từ phản ứng, phân lập bằng n-butanol và lấy lớp trên để chấm lên bản mỏng silicagel Pha động sử dụng là hệ chloroform:methanol:acid acetic:nước với tỷ lệ 35:10:4:1 (v/v/v/v) Màu sắc của TLC được hiện bằng cách phun dung dịch H2SO4 10% trong ethanol và nung nóng ở 110°C trong 5 phút.
Sau khi phản ứng và chưng cất để thu hồi DMSO, hòa tan hoàn toàn hỗn hợp thu được bằng dung dịch n-butanol và NaCl 10% theo tỷ lệ 1:1 (v/v) ở nhiệt độ 60 độ C Sau đó, cho dung dịch vào phểu chiết và chiết lấy lớp trên Tiếp tục chiết với dung dịch NaCl 10% để loại bỏ K2CO3 (sử dụng giấy quỳ để kiểm tra pH) và sucrose dư thừa.
Cô quay loạidung môi trong dịchchiết ởtrên ta thuđược hỗnhợp sản phẩm.
Hình 2.6: Sơ đồlắphệ phản ứng chuyển đổiester tạo sucrose ester
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng chuyển đổi ester bao gồm tỷ lệ đương lượng tác chất, thời gian, nhiệt độ và lượng xúc tác Trong nghiên cứu này, phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ 90°C trong 5 giờ với 10% khối lượng K2CO3 so với methyl methyl ester Để tối ưu hóa sản phẩm, tỷ lệ mol sucrose/methyl decanoate được khảo sát ở các mức 1:1, 2:1, 3:1 và 4:1 nhằm tạo ra nhiều sucrose mono-ester trong hỗn hợp sản phẩm.
Sản phẩm thu được từ các điều kiện phản ứng khác nhau đã được phân tích bằng phương pháp LC-MS tại Phòng Phân tích Dược liệu, Labo Hóa học cây thuốc, Đại học Y Dược, TP HCM Mục đích là xác định thành phần các chất và sử dụng kết quả này làm chuẩn so sánh để chọn tỷ lệ đương lượng tác chất phù hợp, từ đó khảo sát các yếu tố tiếp theo.
Tiếp theo, thực hiện phản ứng chuyển đổi ester với tỷ lệ đương lượng tác chất đã chọn được ở trên, nhiệt độ phản ứng 90 0 C [35], 10% khối lượng
K 2 CO 3 so với methyl ester [36], thời gian được thay đổi: 3 [14], 4, 5, 7 [25].
