Nghiên cứu tổng hợp 5 hydroxymethyl 2 furfuraldehyde bằng phản ứng maillard với cơ chất cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa sarda orientalis và glucose có sự hỗ trợ của nhiệt và xúc tác hcl

5 Hydroxylmethyl 2 furfuraldehyde 5 HMF là hợp chất dẫn xuất furan từ đường được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp vật liệu công nghiệp thực phẩm công nghiệp năng lượng và cả trong y học Tuy nhiên hiện nay cơ chất ban đầu được sử dụng trong các nghiên cứu thường là fructose đắt tiền và không có sẵn trong tự nhiên trong khi đó hầu hết các nguồn carbonhyrate thực vật trong tự nhiên được cấu tạo từ đơn phân glucose Glucose có cấu trúc vòng 6 cạnh nên việc khử nước để hình thành 5 HMF có cấu trúc vòng furan 5 cạnh là rất khó khăn Vì vậy nghiên cứu tiến hành thực hiện phản ứng tổng hợp Maillard với cơ chất được bổ sung là cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa mục đích bổ sung gốc amin cho phản ứng Nghiên cứu thực hiện các bước khảo sát trên cơ chất glucose và cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa nhằm xác định được điều kiện tối ưu của từng yếu tố nhiệt độ phản ứng °C nồng độ chất xúc tác CM tỷ lệ glucose cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa w w thời gian phản ứng phút và tỷ lệ cơ chất thể tích chất xúc tác w v đến quá trình tổng hợp 5 HMF Phản ứng được tiến hành dưới tác dụng của nhiệt thường trong tủ sấy Ketong cơ chất được chọn là đường glucose và cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa HCl được sử dụng làm chất xúc tác cho phản ứng Sau khi phản ứng kết thúc tiến hành đo các thông số hàm lượng tổng carbonhydrate bằng phương pháp phenol sulfuric acid hàm lượng đường khử độ hấp thụ của sản phẩm thô tại 284 nm phản ánh cường độ của phản ứng Maillard hàm lượng 5 HMF được xác định bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC Sự khác biệt có ý nghĩa của kết quả thí nghiệm được phân tích bằng phương pháp ANOVA One Way với phần mềm Minitab 16 Sau khi thực hiện các bước khảo sát và tiến hành phân tích thực nghiệm ta thu tìm được điểm tối ưu đơn biến của từng yếu tố như sau nhiệt độ tối ưu được chọn ở 180°C nồng độ chất xúc tác HCl 5M tỷ lệ glucose cơ thịt đỏ cá ngừ 1 9 0 1 w w thời gian phản ứng 20 phút tỷ lệ cơ chất thể tích chất xúc tác 10 1 w v Tập hợp các điểm tối ưu đơn biến trên ta được giá trị cực đại của hiệu suất tổng hợp 5 HMF 5 016 ± 0 098 Sau khảo sát nhận thấy xúc tác HCl có hoạt lực xúc tác với phản ứng là chưa cao các khảo sát tiếp theo có thể sử dụng xúc tác khác để thay thế

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA HÓA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP 5-HYDROXYMETHYL-2-FURFURALDEHYDE BẰNG PHẢN ỨNG MAILLARDVỚI CƠ CHẤT GLUCOSE VÀ CƠ THỊT ĐỎ CÁ NGỪ SỌC DƯA

(SARDA ORIENTALIS) CÓ SỰ HỖ TRỢ CỦA

TÓM TẮT

Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp 5-Hydroxymethyl-2-furfuraldehyde bằng phản ứng

Maillard với cơ chất cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa (Sarda Orientalis) và glucose có sự hỗ

sử dụng trong các nghiên cứu thường là fructose, đắt tiền và không có sẵn trong tự nhiên, trong khi đó hầu hết các nguồn carbonhyrate thực vật trong tự nhiên được cấu tạo từ đơn phân glucose Glucose có cấu trúc vòng 6 cạnh nên việc khử nước để hình thành 5-HMF có cấu trúc vòng furan 5 cạnh là rất khó khăn Vì vậy nghiên cứu tiến hành thực hiện phản ứng tổng hợp Maillard với cơ chất được bổ sung là cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa, mục đích bổ sung gốc amin cho phản ứng Nghiên cứu thực hiện các bước khảo sát trên cơ chất glucose và cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa nhằm xác định được điều kiện tối ưu của từng yếu tố: nhiệt độ phản ứng (°C), nồng độ chất xúc tác(CM), tỷ

lệ glucose:cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa(w:w), thời gian phản ứng (phút) và tỷ lệ cơ chất:thể tích chất xúc tác(w:v) đến quá trình tổng hợp 5-HMF

Phản ứng được tiến hành dưới tác dụng của nhiệt thường trong tủ sấy Ketong,

cơ chất được chọn là đường glucose và cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa, HCl được sử dụng làm chất xúc tác cho phản ứng Sau khi phản ứng kết thúc, tiến hành đo các thông số: hàm lượng tổng carbonhydrate bằng phương pháp phenol - sulfuric acid, hàm lượng đường khử, độ hấp thụ của sản phẩm thô tại 284 nm phản ánh cường độ của phản ứng Maillard, hàm lượng 5-HMF được xác định bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) Sự khác biệt có ý nghĩa của kết quả thí nghiệm được phân tích bằng phương pháp ANOVA - One Way với phần mềm Minitab 16

Sau khi thực hiện các bước khảo sát và tiến hành phân tích thực nghiệm ta thu tìm được điểm tối ưu đơn biến của từng yếu tố như sau nhiệt độ tối ưu được chọn ở

gian phản ứng 20 phút, tỷ lệ cơ chất:thể tích chất xúc tác 10:1(w:v) Tập hợp các điểm tối ưu đơn biến trên ta được giá trị cực đại của hiệu suất tổng hợp 5-HMF 5,016 ± 0,098% Sau khảo sát nhận thấy xúc tác HCl có hoạt lực xúc tác với phản ứng là chưa cao, các khảo sát tiếp theo có thể sử dụng xúc tác khác để thay thế

1 Tên đề tài đồ án: Nghiên cứu tổng hợp 5-Hydroxymethyl-2-furfuraldehyde bằng

phản ứng Maillard với cơ chất cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa (Sarda Orientalis) và glucose có sự hỗ trợ của nhiệt và xúc tác HCl

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Chương 1: TỔNG QUAN

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

KẾT LUẬN

KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

4 Họ tên người hướng dẫn: ThS Bùi Viết Cường

5 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 22/01/2018

Ngày nay hợp chất 5-Hydroxylmethyl-2-furfuraldehydeđã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm (sản xuất phụ gia thực phẩm: alapyridaine, acid levulinic, acid fomic ), công nghiệp năng lượng (phối trộn với nhiên liệu lỏng), công nghiệp vật liệu (sản xuất polymer, nhựa tái sinh, polyester ) và cả trong y học Tính đến thời điểm hiện tại đã có hơn 1000 công trình nghiên cứu về phương pháp sản xuất 5-Hydroxylmethyl-2-furfuraldehyde(5-HMF) đã được công bố, điều này minh chứng cho tầm quan trọng của hợp chất 5- HMF Tuy nhiên hiện nay cơ chất ban đầu được sử dụng trong các nghiên cứu thường là fructose, đắt tiền và không có sẵn trong

tự nhiên, trong khi đó hầu hết các nguồn carbonhyrate thực vật trong tự nhiên được

nhiệm vụ: “Nghiên cứu tổng hợp 5-Hydroxymethyl-2-furfuraldehyde bằng phản

ứng Maillard với cơ chất cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa (Sarda Orientalis) và glucose có

sự hỗ trợ của nhiệt và xúc tác HCl”.

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Bùi Viết Cường, cùng với sự giúp đỡ, tạo điều kiện của các thầy cô và các bạn sinh viên trong phòng thí nghiệm, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình sau hơn 3 tháng nghiên cứu

Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới thầy Bùi Viết Cường đã hết lòng chỉ bảo và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, định hướng cho tôi từ việc chọn đề tài cho đến khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Để có thể hoàn thành được đồ án này một cách tốt nhất, những kiến thức bổ ích, góp ý và sửa chửa của thầy là một nguồn thông tin rất hữu ích đối với em, từ đó giúp em năm bắt kĩ lưỡng, chi tiết hơn về nội dung, cũng như các vấn đề liên quan đến đồ án

Em cũng xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo trong bộ môn Công nghệ Thực phẩm, các thầy, cô ở phòng thí nghiệm và tất cả bạn bè đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp của mình Em xin

tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã quan tâm, chia sẻ và động viên để em hoàn thành công việc Cuối cùng cho em xin được gửi lời cảm ơn các thầy cô trong hội đồng bảo vệ tốt nghiệp đã dành thời gian quý báu của mình để đọc và nhận xét cho đồ

án này của em

Em xin chân thành cám ơn!

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 05 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Với danh dự và trách nhiệm cá nhân, tôi xin cam đoan đồ án “Nghiên cứu tổng hợp

5-Hydroxymethyl-2-furfuraldehyde bằng phản ứng Maillard với cơ chất cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa (Sarda Orientalis) và glucose có sự hỗ trợ của nhiệt và xúc tác HCl”

dưới sự hướng dẫn của giảng viên ThS Bùi Viết Cường là công trình nghiên cứu độc lập được thực hiện bởi bản thân tôi Đồ án tốt nghiệp này được tiến hành một cách độc lập, sáng tạo, không sao chép từ đề tài khác Các kết quả số liệu thu được trong bài đều trung thực, khách quan, không có chỉnh sửa, sao chép Tài liệu tham khảo sử dụng trong đồ án chính xác, có độ tin cậy cao, được trích dẫn đầy đủ và đúng quy định

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Thu Hương

MỤC LỤC

Tóm tắt .ii

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp iii

Lời nói đầu i

Lời cam đoan liêm chính học thuật ii

Mục lục iii

Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ v

Danh sách các chữ viết tắt vii

Chương 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Giới thiệu 5-Hydroxymethyl-2-furfuraldehyde (5-HMF) 1

1.1.1 Định nghĩa 1

1.1.2 Tính chất vật lý 1

1.1.3 Tính chất hóa học 2

1.1.4 Cơ chế tổng hợp 5 – HMF 7

1.1.5 Ứng dụng của 5-HMF 8

1.2 Phản ứng Maillard 10

1.2.1 Định nghĩa 10

1.2.2 Các giai đoạn của phản ứng Maillard 10

1.3 Cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa 16

1.4 Tình hình nghiên cứu 5 – HMF tại Việt Nam và trên thế giới 17

1.4.1 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 17

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 17

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.1 Nguyên liệu và hóa chất nghiên cứu 20

2.2 Phản ứng tổng hợp 5-Hyrdoxymetyl-2-Furfural 20

2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lò phản ứng đến quá trình tổng hợp 5-HMF 20

2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ xúc tác đến quá trình chuyển hóa sucrose thành 5-HMF 20

2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp cơ chất glucose và cơ thịt đỏ cá

ngừ đến quá trình chuyển hóa 5HMF 20

2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng chuyển hóa 21

2.2.5 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ cơ chất : chất xúc tác đến phản ứng chuyển hóa 21

2.3 Các phương pháp phân tích 21

2.3.1 Xác định thành phần hóa học tương đối của cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa 21

2.3.2 Xác định hàm lượng carbohydrate tổng 21

2.3.3 Xác định đường khử (RS) 22

2.3.4 Độ hấp thụ của sản phẩm thô thu được sau phản ứng 22

2.3.5 Xác định hàm lượng 5-hydroxymethyl-2-furfuraldehyde (5- HMF) 22

2.3.6 Phương pháp phân tích số liệu 23

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 24

3.1 Kết quả xác định định thành phần hóa học của thịt đỏ cá ngừ sọc dưa 24

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến quá trình tổng hợp 5-HMF 24

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ xúc tác đến quá trình chuyển hóa glucose thành 5-HMF 26

3.4 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp cơ chất glucose và cơ thịt đỏ cá ngừ đến quá trình chuyển hóa 5HMF 29

3.5 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng tổng hợp 5-HMF 31 3.6 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ cơ chất : chất xúc tác đến phản ứng tổng hợp 5-HMF 33

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ

HÌNH 1.1 Công thức cấu tạo của 5-HMF 1

HÌNH 1.2 Các phản ứng hình thành este của nhóm hydroxymethyl 2

HÌNH 1.3 Các phản ứng hình thành ether của nhóm hydroxymethyl 3

HÌNH 1.4 Phản ứng hình thành halogenua 3

HÌNH 1.5 Phản ứng oxy hoá của nhóm hydroxymethyl 4

HÌNH 1.6 Phản ứng khử nhóm andehyde 5

HÌNH 1.7 Phản ứng ngưng tụ của nhóm andehyde 5

HÌNH 1.8 Các sản phẩm của phản ứng oxy hoá của nhóm andehyde 6

HÌNH 1.9 Phản ứng oxy hoá vòng furan 6

HÌNH 1.10 Phản ứng polymer hóa 5 – HMF 7

HÌNH 1.11 Quá trình chuyển hóa glucose thành 5-HMF bằng phản ứng Maillard 8

HÌNH 1.12 Một số dẫn xuất của 5-HMF [5] 9

HÌNH 1.13 Cơ chế phản ứng nâu hóa Maillard 11

HÌNH 1.14 Sơ đồ giai đoạn đầu của phản ứng melanoidin 12

HÌNH 1.15 Sơ đồ phản ứng chuyển vị amadori 12

HÌNH 1.16 Quá trình hình thành furfurol 13

HÌNH 1.17 Quá trình hình thành 5-HMF 13

HÌNH 1.18 Quá trình chuyển hóa thuận nghịch reduction 14

HÌNH 1.19 Quá trình hình thành và phân hủy bazo schiff 15

HÌNH 1.20 Phản ứng ngưng tụ aldol 15

HÌNH 3.1 Thành phần hóa học của thịt đỏ cá ngừ 24

HÌNH 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lò phản ứng đến hàm lượng Cacbonhydrate và đường khử 25

HÌNH 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ lò phản ứng đến quá trình tổng hợp 5-HMF và độ hấp thụ màu 25

HÌNH 3.4 Ảnh hưởng của nồng độ chất xúc tác đến hàm lượng Cacbonhydrate và đường khử 27

HÌNH 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ chất xúc tác đến quá trình tổng hợp 5-HMF và độ hấp thụ màu 27 HÌNH 3.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ cơ chất đến hàm lượng Cacbonhydrate và đường khử

HÌNH 3.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ cơ chất đến quá trình tổng hợp 5-HMF và độ hấp thụ màu 29 HÌNH 3.8 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hàm lượng Cacbonhydrate và đường khử 31 HÌNH 3.9 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất tổng hợp 5-HMF và độ hấp thụ màu 32 HÌNH 3.10 Ảnh hưởng của tỷ lệ chất xúc tác đến hàm lượng Cacbonhydrate và đường khử 34 HÌNH 3.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ cơ chất: thể tích chất xúc tác đến hiệu suất tổng hợp 5-HMF và độ hấp thụ màu 34

BẢNG 1.1 Tính chất vật lý của 5-HMF[5]……….2 BẢNG 3.1 Kết quả phân tích sự khác biệt có ý nghĩa của hiệu suất tổng hợp 5-HMF khi khảo sát nhiệt độ ……….26 Bảng 3.2 Kết quả phân tích sự khác biệt có ý nghĩa của hiệu suất tổng hợp 5-HMF khi khảo sát nồng độ chất xúc tác ……… 28 BẢNG 3.3 Kết quả phân tích sự khác biệt có ý nghĩa của hiệu suất tổng hợp 5-HMF khi khảo sát tỷ lệ glucose:cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa……….31 BẢNG 3.4 Kết quả phân tích sự khác biệt có ý nghĩa của hiệu suất tổng hợp 5-HMF khi khảo sát thời gian phản ứng ……… 33 BẢNG 3.5 Kết quả phân tích sự khác biệt có ý nghĩa của hiệu suất tổng hợp 5-HMF khi khảo sát tỷ lệ cơ chất: thể tích chất xúc tác……….35

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của 5-HMF [8]

1.1.2 Tính chất vật lý

Hợp chất 5-HMF là chất rắn trắng với độ hòa tan thấp, tuy nhiên các mẫu

Bảng 1.1 Tính chất vật lý của 5-HMF[5]

1.1.3 Tính chất hóa học [12]

Hợp chất 5-HMF mang tất cả các tính chất hóa học của các nhóm chức cấu tạo

sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp dệt, thực phẩm và thuộc da, đã được thu thập

hiện bằn phản ứng giữa HMF với benzoyl clorua xúc tác bởi natri hydroxit (NaOH) Những năm gần đây các nhà khoa học đã đưa ra hai phương pháp este hóa 5HMF với xúc tác DMAP và muối natri

Hình 1.2 Các phản ứng hình thành este của nhóm hydroxymethyl [12]

Phản ứng ether hóa

Khi gia nhiệt 5-HMF trong dung môi dimethylsulphoxide (DMSO, các dẫn xuất 5,5'-diformylfurfuryl ether đã được hình thành Tổng hợp các ether khác của 5-HMF như 5- (triphenylmethoxy) methylfurfural được tạo thành trong phản ứng của 5-HMF

với rượu đơn giản cũng tạo thành ether tương ứng [13]

Hình 1.3 Các phản ứng hình thành ether của nhóm hydroxymethyl [13]

Sự hình thành halogenua [15]

Các nhóm hydroxyl trong HMF thay thế halogen rất dễ dàng Thu được chloromethylfurfural từ phản ứng của hydroclorua (HCl) với 5-HMF Tương tự như vậy, 5-bromomethylfurfural cũng đã được tổng hợp trong phản ứng với hydrobromide (HBr)

5-Hình 1.4 Phản ứng hình thành halogenua [15]

Quá trình oxy hóa [5,16]

5-HMF có thể bị oxy hóa với các chất oxy hóa khác nhau như crom trioxide

oxit molybden, và cả amalgam natri Một hydroation xúc tác của HMF trong một môi trường nước với sự hiện diện của niken, đồng, platin, palladium hoặc chất xúc tác ruteni đã được thí nghiệm Đồng hoặc platinumcatalysed phản ứng tạo ra 2,5-bis- (hydroxymethyl) furan như một sản phẩm chủ yếu, trong khi đó việc áp dụng niken hoặc palladium đã làm cho quá trình hydro hóa vòng furan Thực hiện amin hóa khử HMF để thu được 5-hydroxymethyl-2-tetrahydrofurfurylamine các dẫn xuất của nó [12]

Hình 1.6 Phản ứng khử nhóm andehyde [12]

Phản ứng ngưng tụ

5-HMF phản ứng với các dẫn xuất amoniac để tạo thành các hợp chất như oximes (1), phenylhydrazone (2), p-nitrophenylhydrazone (3), semioxamazone (4) và semicarbazone (5); phản ứng với các amin thơm để tạo thành các bazơ Schiff

Hình 1.7 Phản ứng ngưng tụ của nhóm andehyde [12]

Phản ứng oxy hóa

Nhóm andehyde trên 5-HMF có thể dễ dàng bị oxy hóa thành nhóm carboxylic

5-formyl-2-furancarboxylic, là những tiền chất của nhiều loại dược phẩm khác nhau Các diacid được ứng dụng rộng rãi để tổng hợp các polyester, poly amid trong công nghiệp vật liệu [12]

Hình 1.8 Các sản phẩm của phản ứng oxy hoá của nhóm andehyde [12]

c Phản ứng của vòng furan:

Sự phân tách của vòng furan xảy ra trong môi trường acid tạo thành acid

nhau Sự oxy hóa của HMF trong rượu hình thành các endoperoxit Sự tấn công của phân tử cồn vào một nhóm andehyde hoặc trên một nguyên tử cacbon '5' trong vòng furan dẫn đến sự hình thành của hydroxy hoặc alcoxybutenolide

Hình 1.9 Phản ứng oxy hoá vòng furan [12]

d Phản ứng polymer hóa:

HMF phản ứng với các phenol tạo ra các sản phẩm ngưng tụ hoặc nhựa thông phụ thuộc vào độ pH Sản phẩm nhựa phản ứng với hexamethylenetetramine (aminoform) với sự hình thành của chất kết dính được sử dụng như các chất làm dẻo Hydroxymethylfurfural tạo ra nhựa nhiệt dẻo trong phản ứng với toluenesulfonamide hoặc butanone Phản ứng của HMF với polyisocyanates tạo

Hình 1.10 Phản ứng polymer hóa 5 – HMF [12]

dioxide) Các yếu tố này có tác động lớn đến chất lượng thực phẩm chế biến

Trong công nghiệp vật liệu : 5-HMF là cơ chất để sản xuất polymer, nhựa tái sinh, polyester, Các dẫn xuất quan trọng của 5-HMF như 2,5-bis (hydroxymethyl) -furan (BHMF), 5-hydroxymethyl-acid -2-furoic (HMFA) và acid 2,5-dicarboxylic (FDCA) đã được nghiên cứu rộng rãi cho việc sản xuất các polyeste furanoic Một số dẫn xuất khác của 5-HMF cũng có nhiều ứng dụng quan trọng như [5- (aminomethyl) furan-2-yl] methanol (AMFM); furan-2,5-diyldimethanamine (FDDMA); furan-2,5-dicarb-aldehyde (FDCAL); 5,5 '- (oxydimethanediyl) difuran-2-carb- aldehyde (ODFCA), [8]

Trong công nghiệp thực phẩm : hợp chất 5-HMF có thể được sử dụng để tổng hợp các phụ gia thực phẩm như alapyridaine, acid levulinic, acid fomic, [5] Hơn thế nữa, 5-HMF là hợp chất có khả năng ức chế sự phát triển của nấm men và vi khuẩn, vì vậy được sử dụng để bảo quản thực phẩm lên men [6]

Trong y học : 5-HMF được ứng dụng để làm thuốc điều trị bệnh hồng cầu hình lưỡi liềm, bệnh thần kinh, tim mạch và nội tạng, ngoài ra 5-HMF còn có tác dụng làm giảm sự tích tụ các chất độc trong cơ thể, đặc biệt nó có khả năng loại bỏ các gốc tự do chống oxy hóa trên màng protein [4,15]

Trong công nghiệp năng lượng: 5-HMF là chất có hoạt tính sinh học cao được ứng dụng như một tiền chất để sản xuất nhiên liệu sinh học như dẫn xuất 2,5-dimethylfuran (DMF) được xem như là một nhiên liệu sinh học tiềm năng, cũng như tiền thân trong quá trình tổng hợp ankan lỏng để sử dụng trong nhiên liệu diesel [16]

Hình 1.12 Một số dẫn xuất của 5-HMF [5]

1.2 Phản ứng Maillard[29,30]

1.2.1 Định nghĩa

Phản ứng Maillard(asamine, cacbonylamine, aminose, melanoidin) là phản ứng giữa nhóm -NH2 của protein, acid amin và nhóm -CHO của đường khử Phản ứng Maillardphụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần cơ chất ban đầu, cấu tạo, tỷ lệ đường và protein (amino acid), hàm lượng nước, nhiệt độ, pH…

1.2.2 Các giai đoạn của phản ứng Maillard[5,14,29,30]

Phản ứng màu nâu của Maillard có thể được chia thành ba giai đoạn: giai đoạn đầu, trung gian và cuối cùng Một sản phẩm cụ thể từ giai đoạn đầu là sản phẩm Amadori (1-amino-1-deoxy-2-ketose) 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde và pyridin là các sản phẩm từ giai đoạn trung gian Melanoidin là các hợp chất chứa các polyme

và copolyme nâu chứa nitơ, là các sản phẩm từ giai đoạn cuối cùng, và nhiều các hợp chất khác

Trong quá trình gia nhiệt, các amino acid tương tác với đường tạo thành các aldehyde và reduton theo sơ đò phản ứng như sau:

Hexose + pentose + amino acid → furfurol + oxymethylfurfurol + các andehyde + các reducton + …

Bản thân các furfurol và các oxymethylfurfurol là những andehyde có mùi đặc trưng Furfurol có mùi táo do đường pentose tạo thành, oxymethylfurfurol có mùi dễ chịu do đường hexose tạo thành Ngoài andehyde trên còn có nhiều andehyde được tạo thành do sự tương tác giữa amino acid và furfurol hoặc với các reducton Điều nay có nghĩa là hương thơm của thành phẩm là do axit amin quyết định

Ví dụ như: từ leucin sẽ cho các aldehyde có mùi thơm của bánh mì; từ glycin sẽ cho các aldehyde có mùi mật và mùi thơm bia; từ valin và phenylalanin sẽ cho adehyde có mùi thơm dễ chịu của hoa hồng

Hợp chất aminoacid

Sự suy giảm strecker

Hợp chất aminoacid

Hợp chất aminoacid

Hợp chất aminoacid Hợp chất

aminoacid

Hợp chất amino acid

Hợp chất aminoacid

Tái sắp xếp amadori Sản phẩm của sự tái sắp xếp amadori

Sự phân tách sản phẩm Đường

+ Hợp chất aminoacid

Các hợp chất Melanodin (nhựa polymer nâu hóa và các hợp chất đồng trùng hợp

Hình 1.13 Cơ chế phản ứng nâu hóa Maillard[29]

a Giai đoạn đầu

Giai đoạn đầu của phản ứng melanoidin là sự ngưng tụ đường với acid tamin tạo thành base schiff (hợp chất hữu cơ cĩ nhĩm –HC=N) hoặc glucoside Sản phẩm của giai đoạn đầu khơng màu và khơng hấp thụ tia cực tím, protien biến tính, gồm phản ứng ngưng tụ cacbonylamin và phản ứng chuyển vị amadori

Giai đoạn kế tiếp là phản ứng chuyển vị amadori do khi ở nhiệt đọ cao phức hợp đường amine bị đồng phân hĩa cịn gọi là bị chuyển vị nội phân tạo 1-amine1-deoxy-2-cetone

b Giai đoạn trung gian

R' C CH

OH

NH CH R'' COOH

phức đường amin

1 - amin - 1 - dexoxy - 2 - xetoza

dạng enol của 1 - amin - 1 - dezoxy - 2 - xetoza

Hình 1.14 Sơ đồ giai đoạn đầu của phản ứng melanoidin[32]

H H

+

C C C C C

CH2OH OH OH

OH O

H

H

H H

H

C C C C

CH2OH

OH

O H

OH H

H H

1 – amin – 1 – dexoxy – 2 - xetoza

Dạng enol của 1 – amin – 1 – dexoxy – 2 - xetoza

Hình 1.15 Sơ đồ phản ứng chuyển vị amadori [32]

Sản phẩm của giai đoạn này không màu hoặc có màu vàng nhưng hấp thụ cực

mạnh tia cực tím, gồm các phản ứng khử nước của đường, phân hủy đường và các hợp

chất amin Phụ thuộc vào điều kiện môi trường giai đoạn trung gian có thể tiến hành

theo các con đường sau: tạo thành furfurol và hoặc hydroxymetylfurfurol, tạo thành

reducton mạch hở, phân hủy đường để tạo thành aldehide, aceton, diacetyl, tạo thành

ozone, hình thành hợp chất 5HMF

Tạo thành furfurol và ozone

Nếu saccharide ban đầu là glucose thì sản phẩm chuyển vị Amadori khi đun

nóng sẽ là furan sau đó chuyển thành base schiff của hydroxymetylfurfurol

O

CH NH CH3HOH2C

H

- H2O

HC CH

C C O

CH NH HOH2C

1 - am in - 1 - dez oxy - 2 - xetoza

furan of dez oxyfructoz a b az o schiff of hydroxym etyl furfurol

Hình 1.16 Quá trình hình thành furfurol [32]

Hình 1.17 Quá trình hình thành 5-HMF[5]

Reducton là những hợp chất hữu cơ cĩ tính khử mạnh do cĩ nhĩm endiol Thơng thường, nhĩm endiol của reducton được liên kết với gốc aldehyde hoặc acid

Do đĩ những hợp chất này rất nhạy với phản ứng oxy hĩa khử

Ví dụ về reducton cĩ sáu nguyên tử C là acid dehydroascobic Khơng phải chỉ riêng reducton mà cả các dạng dehydro của nĩ cũng gĩp phần tạo nên màu nâu

Phân hủy đường

Một trong những giai đoạn trung gian của phản ứng tạo melanoidin là sự phân hủy đường từ sản phẩm chuyển vị Amadori để tạo thành các sản phẩm khác nhau: triozoreducton, aldehyde piruvic, aceton, diacetyl Một số chất tạo thành khi phân hủy đường cĩ mùi và vị dễ chịu

Phân hủy các hợp chất amine

Base schiff tạo thành bị thủy phân thành aldehyde và hợp chất amino

Chính hợp chất amino này sẽ cho các sản phẩm chứa nitrogen và cĩ màu nâu sau này Cịn aldehyde được tạo thành trong phản ứng này, so với axit amin đã phản

ứng với aminoodezoxycetose thì cĩ ít hơn một nguyên tử C

OH OH

O H

hydroxym etylglioxal Hydroxymethylglioxal reducton hay là enolaldehit của axit tartric Reducton hay là enolaldehyde của acid

tatric

Hình 1.18 Quá trình chuyển hĩa thuận nghịch reduction [32]

Giữa furfurol hoặc hydroxymetylfurfurol và amino acid có thể xảy ra sự tương tác oxy hóa Kết quả là từ axit amin tạo thành aldehyde có ít hơn 1 nguyên tử C Aldehyde cũng có thể được tạo thành do kết quả của sự chuyển amin giữa amino acid với reducton

c Giai đoạn cuối của phản ứng meilanoidin

gồm rất nhiều phản ứng phức tạp, chủ yếu là hai phản ứng sau: phản ứng ngưng tụ andol tạo thành polyme màu nâu không chứa nitrogen, phản ứng trùng hợp aldehydeamino tạo thành các hợp chất nitrogen dị vòng, sự ngưng tụ aldehyde acetic

C

OH

OH

CH2NH C H

H R'

COOH R''

Hình 1 19 Quá trình hình thành và phân hủy bazo Schiff [32]

Hình 1.20 Phản ứng ngưng tụ aldol [32]

là thí dụ về ngưng tụ andol

Sự trùng hợp và oxy hóa đồng thời các aminooacetic dẫn đến tạo thành pirazine Ngoài những hợp chất trên, do kết quả của phản ứng ngưng tụ aldehyde, piridin và pirol cũng có thể được tạo thành Sự ngưng tụ andol chỉ xảy ra khi caramel hóa dung dịch đường Khi có mặt các hợp chất amino dù chỉ là lượng vết cũng xảy ra đồng thời cả hai kiểu phản ứng

Giai đoạn cuối cùng của phản ứng melanoidin sẽ tạo nên các polyme không no hòa tan được trong nước, sau đó là các polyme không no và không hòa tan được trong nước, nhưng đều có màu đậm và gọi chung là melanoidin Các melanoidin hấp thụ mạnh tia cực tím (λ < 220nm), không khử được dung dịch Fehling, nhưng khử được

iot và 2,6- diclophenolondophenol Khả năng hòa tan của melanoidin phụ thuộc vào

nhiệt độ của phản ứng Khi nhiệt độ cao thì quá trình xảy ra mãnh liệt hơn nhưng melanoidin tạo thành có hương thơm kém hơn và ít hòa tan trong nước hơn

1.3 Cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa [25]

Cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa là một trong những sản phẩm phụ của quá trình chế biến cá ngừ đại dương Giá trị dinh dưỡng của thịt đỏ cá ngừ sọc dưa là cao nhất trong

số các sản phẩm phụ từ quá trình chế biến thủy sản với khoảng 25% Protein tính trên

tỷ lệ chất ướt và trên 85% tính trên tỉ lệ chất khô Tỷ lệ thịt đỏ trong sản phẩm phụ rắn của cá ngừ là khoảng 20%

Với lợi thế bờ biển dài trải rộng theo đường cong chữ S thì đánh bắt và chế biến thủy sản chính là một trong những ngành kinh tế trọng điểm của Việt Nam Xuất khẩu thủy sản chính của Việt Nam theo thứ tự là cá da trơn, tôm và cá ngừ đóng hộp, xuất khẩu cá ngừ đạt mức 400 triệu USD / năm Cá ngừ là một trong những nguồn lợi thủy sản có giá trị kinh tế cao và được phân bố rộng rãi trên biển Việt Nam Hằng năm có khoảng 100.000 tấn trọng lượng của các sản phẩm phụ của ngành chế biến cá ngừ và trọng lượng của thịt đỏ là 2.000 tấn Mặc dù thịt đỏ có giá trị dinh dưỡng cao nhưng nó thường chỉ được sử dụng để chế biến thức ăn gia súc hoặc bán ở chợ bán buôn với mức giá từ 4.000 đồng / kg đến 5.000 đồng / kg [24]

Hơn nữa protein trong cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa có khả năng thủy phân trong môi trường axit tạo thành các peptide, oligopeptide, axit amin cung cấp gốc amin cho phản ứng Maillard tổng hợp 5-HMF, phù hợp với điều kiện phản ứng của các khảo sát

trong nghiên cứu Do đó, cơ thị đỏ cá ngừ sọc dưa được sử dụng để tổng hợp 5-HMF nhằm nâng cao giá trị kinh tế của cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa

1.4 Tình hình nghiên cứu 5 – HMF tại Việt Nam và trên thế giới

1.4.1 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Hiện nay ở Việt Nam vẫn chưa có nhiêu nghiên cứu được công bố chình thức về hợp chất này, đa phần các nghiên cứu chỉ tập trung xác định hàm lượng 5 – HMF trong các thực phẩm thông thường, rất ít các nghiên cứu đi vào phương pháp sản xuất 5 – HMF Cho đến nay, mới chỉ có 2 đề tài nghiên cứu về phương pháp sản xuất 5-HMF được công bố

Một là của tác giả Dương Thị Hiền với đề tài “Nghiên cứu chuyển hóa glucose

thành 5-HMF bằng phương pháp sử dụng xúc tác Amberlyst và hydrotanxit”, được

công bố năm 2015 [30]

Hai là “Nghiên cứu chuyển hóa saccharose thành hợp chất 5 – HMF bằng sự

kết hợp giữ nhiệt và xúc tác HCl” của tác giả Bùi Viết Cường và cộng sự được công

bố năm 2017 [1] Nghiên cứu sử dụng cơ chất sucrose trên nền nhiệt thường kết hợp với xúc tác HCl, đã thực hiện phản ứng caramel chuyển hóa thành 5-HMF với hiệu suất chuyển hóa 41,82 ± 2,63% ở điều kiện nhiệt độ 200°C, thời gian phản ứng 10 phút, nồng độ xúc tác HCl 2M và tỉ lệ thể tích xúc tác HCl:sucrose là 10:1 (v:w)

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Sự tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ dẫn đến nhu cầu về nguồn nguyên nhiên liệu càng ngày càng tăng cao, tuy nhiên nguồn dự trữ dầu mỏ ngày càng hạn hẹp vì vậy các nhà khoa học trên thế giới rất quan tâm đến các nguồn nhiên liệu thay thế, đặc biệt là các nguồn năng lượng tiền sinh học như 5 – HMF Vài năm gần đây đã chứng kiến sự gia tăng đáng kể về số lượng các ấn phẩm về hóa học HMF Ngoài ra 5 – HMF còn được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu về đặc tính dược học và các ứng dụng trong nhiều ngành khoa học khác nhau Việc sản xuất các hợp chất furan, đặc biệt là HMF, từ carbohydrate đã được xem xét thường xuyên.[5]

Vào cuối thế kỉ 19 hợp chất 5 – HMF và các dẫn xuất của nó được phát hiện khi Dull mô tả tổng hợp của nó bằng cách nung nóng inulin với dung dịch acid oxalic dưới

áp lực Cùng năm đó, Kiermayer báo cáo một phương pháp tương tự để tổng hợp HMFtừ cây mía Trong những năm tiếp theo, một số phương pháp khác đã được báo

cáo sử dụng đồng nhất và không đồng nhất xúc tác acid, cả trong môi trường nước [11]

Năm 1981, hai nghiên cứu được công bố, gồm sản xuất 5-HMF và tính chất hóa học của 5-HMF Năm 1990 và 1991, hai nhận xét quan trọng được công bố bởi Kuster và Cottier mô tả quá trình sản xuất 5-HMF Gần đây hơn, Lewkowski và Moreau đã xem xét tổng hợp và hóa học của 5-HMF Woodley cũng tóm tắt một số quy trình cho sự tổng hợp của 5-HMF, và Zhang kết nối chuyển đổi sinh khối với muối imidazolium, bằng cách tổng hợp của 5-HMF với chất lỏng ion làm dung môi Một số đánh giá là toàn diện, trong khi những người khác chỉ đề cập đến tính chất hóa học 5-HMF, nhưng vấn đề này đã được tiến triển rất nhanh, và hơn 90 bài báo đã được báo cáo trong các tạp chí khoa học năm 2010 [11]

chất xúc tác chuyển hóa glucose thành 5-HMF trong môi trường nước với hiệu suất chuyển hóa tối đa khoảng 9,6% ở 220°C trong 5 phút[31] Đến năm 2013, Arvind H.Jadhav và các cộng sự đã sử dụng acid silicotungstic (AgSTA) làm chất xúc tác để tổng hợp 5-HMF từ hai cơ chất fructose và sucrose Kết quả là, thu được đến 85,7% 5-HMF trong thời gian 120 phút, ở nhiệt độ 120°C, sử dụng 10% chất xúc tác AgSTA

Trong nghiên cứu củaYenlei Song và cộng sự được công bố năm 2016, tiến hành tổng hợp 5-HMF từ fructose và đạt được hiệu suất chuyển hóa 5-HMF lên đến 99,40% Nghiên cứu sử dụng một loạt các muối heteropolyacid để khảo sát và kết luận rằng muối CePW12O40 thể hiện hoạt tính xúc tác tốt nhất trong điều kiện nồng độ fructose 5,48 mg/ mL, ở nhiệt độ 158°C và thời gian phản ứng 164 phút [27]

Cho đến nay đã có hơn 1000 công trình nghiên cứu về phương pháp sản xuất HMF đã được công bố, điều này minh chứng cho tầm quan trọng của hợp chất 5- HMF [12] HMF vẫn đang được nghiên cứu để có một quy trình tối ưu trong việc sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác nhau

5-Kết luận: Trong các nghiên cứu được công bố trước đây hầu hết chọn con đường

chuyển hóa là phản ứng caramen với cơ chất được chọn thường là fructose Ưu điểm của fructose là nó dễ tham gia ohanr ứng caramen khử nước để tạo 5-HMF [8] tuy nhiên nó không có sẵn trong tự nhiên và rất đắt tiền Vì vậy nghiên cứu này chọn cơ chất là glucose

Glucose là cấu trúc đơn phân của hầu hết các nguồn carbonhydrate thực vật tự nhiên Tuy nhiên nhược điểm của nó là khó tham gia vào phản ứng Caramen khử nước tạo 5-HMF [8] Trong quá trình tiến hành các khảo sát sơ bộ để hình thành đề tài, đã tiến hành giữa cơ chất glucose trong môi trường nước, xúc tác HCl, sử dụng nguồn nhiệt thường, khảo sát tiến hành ở dãy nhiệt độ 150-200°C (bước nhảy 10°C và nồng

độ HCl 0,5M-3M (bước nhảy 0,5M) nhận thấy sản phẩm thu được không chứa 5-HMF (kết quả thu được từ phương pháp đo bằng sắc kí lỏng hiệu năng cao)

Vì vậy nghiên cứu tiến hành tạo điều kiện để thực hiện tổng hợp 5-HMF bằng phản ứng Maillard Cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa được lựa chọn làm nguồn cung cấp gốc amin như đã giới thiệu ở trên

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên liệu và hóa chất nghiên cứu

Glucose, cơ thịt đỏ cá ngừ, phenol, acid sulfuric (95 - 98%); acid clohydric (36

- 38%), natri hydroxit khan (96%); 5-hydroxymethyl-2-furfuraldehyde (5-HMF), nước khử ion (DI), methanol (Sigma-Aldrich USA)

Cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa được cung cấp bởi công ty xuất khẩu thủy sản đồ hộp

Hạ Long, được rây qua lỗ rây 2mm để đảm bảo sự đồng đều của nguyên liệu, sau đó được bảo quản đông ở ngăn đông tủ lạnh

2.2 Phản ứng tổng hợp 5-Hyrdoxymetyl-2-Furfural

Cơ chất (cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa:glucose) được hòa trộn đều với xúc tác HCl trong bình phản ứng kín Teflon (60 mL) Phản ứng tổng hợp 5-HMF được thực hiện trong tủ sấy ketong, nhiệt độ phản ứng được kiểm soát liên tục bằng nhiệt kế ngoài Sau khi kết thúc phản ứng, sản phẩm thô thu được làm nguội đến nhiệt độ phòng và bảo quản trong ống nghiệm kín ở 4°C cho các phân tích tiếp theo

2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lò phản ứng đến quá trình tổng hợp 5-HMF

Hỗn hợp cơ chất glucose:cơ thịt đỏ cá ngừ với khối lượng 2 g, tỷ lệ glucose:cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa = 0,18:0,2(w:w) được khuấy trộn trong 20 mL HCl 1 M, sau đó lắc đều Hỗn hợp được thực hiện phản ứng ở các nhiệt độ 150 đến 230°C, chênh lệch nhiệt độ giữa các phản ứng là 10°C trong khoảng thời gian 25 phút

2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ xúc tác đến quá trình chuyển hóa sucrose thành 5-HMF

Tỷ lệ glucose:cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa = 9 : 1(w:w) với tổng khối lượng 2g được khuấy trộn trong 20 mL HCl nồng độ khác nhau, sau đó lắc đều Hỗn hợp được thực hiện phản ứng ở nhiệt độ tối ưu với các nồng độ HCl từ 1M đến 5,5M (khoảng cách giữa 2 thí nghiệm là 0,5 M) Nhiệt độ của phản ứng là nhiệt độ tối ưu

2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp cơ chất glucose và cơ thịt đỏ cá ngừ đến quá trình chuyển hóa 5HMF

Tỷ lệ glucose:cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa được thay đổi nhưng vẫn giữ nguyên khối lượng cơ chất là 2g, được khuấy trộn trong 20 mL HCl, sau đó lắc đều Hỗn hợp được thực hiện phản ứng ở nhiệt độ tối ưu và nồng độ xúc tác tối ưu với tỷ lệ glucose : cơ thịt đỏ cá ngừ = 0,2 : 1,8; 0,18 : 1,82; 0,16 : 1,84; 0,14 : 1,86; 0,12 : 1,88; 0,1 : 1,9; 0,08: 1,92; 0,06: 1,94

2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng chuyển hóa

Tỷ lệ glucose:cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa là tỷ lệ tối ưu, khối lượng hỗn hợp cơ chất tổng 2g được khuấy trộn trong 20 mL HCl, sau đó lắc đều Hỗn hợp được thực hiện phản ứng ở nhiệt độ tối ưu và nồng độ xúc tác tối ưu Thời gian phản ứng thay đổi từ

10 phút đến 60 phút (khoảng cách giữa 2 thí nghiệm là 5 phút)

2.2.5 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ cơ chất : chất xúc tác đến phản ứng chuyển hóa

Với cùng tỷ lệ glucose:cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa là tỷ lệ tối ưu và khối lượng như trên được khuấy trộn trong HCl, thể tích thay đổi từ 10 mL đến 50 mL (khoảng cách giữa 2 thí nghiệm là 10 mL), sau đó lắc đều Hỗn hợp được thực hiện phản ứng ở nhiệt

độ tối ưu và nồng độ xúc tác tối ưu Thời gian phản ứng là thời gian phản ứng tối ưu

đã được chọn ở trên

2.3 Các phương pháp phân tích

2.3.1 Xác định thành phần hóa học tương đối của cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa

Thành phần hóa học tương đối của cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa (protein, lipid, tro, ẩm) được phân tích theo phương pháp chuẩn của cộng đồng phân tích hóa học (AOAC, 2000, tái bản lần thứ 17) [28]

2.3.2 Xác định hàm lượng carbohydrate tổng

Hàm lượng carbohydrate tổng (TC) được xác định bằng phương pháp phenol - sulfuric acid [17,18] 0,1 mL sản phẩm thô thu được sau phản ứng được pha loãng trong bình định mức 100 mL bằng nước cất Lấy 0,5 mL dung dịch sau pha loãng 0,5

mL, thêm 0,5 mL dung dịch phenol (5%) trong ống nghiệm kín, sau đó thêm vào hỗn hợp 2,5 mL acid sulfuric (95 – 98%) và lắc đều, hỗn hợp được làm nguội và ổn định tại nhiệt độ phòng trong khoảng 30 phút Đo độ hấp thụ của hỗn hợp tại bước sóng 490

nm bằng quang phổ UV-VIS (Jenway spectrophotometer 6305, Vương quốc Anh) Hỗn hợp gồm nước cất, dung dịch phenol (5%) và acid sulfuric (95 - 98%) theo tỷ lệ (1:1:5, v/v) được sử dụng làm mẫu trắng Dung dịch glucose với các nồng độ khác

nhau được sử dụng để xây dựng đường chuẩn Hàm lượng TC được tính toán bằng % (g TC/100 g glucose)

2.3.3 Xác định đường khử (RS)

Phương pháp dinitrosalicylic acid được sử dụng để xác đinh hàm lượng đường khử (RS) sau phản ứng [17,19] Đầu tiên, chuẩn bị dung dịch acid dinitrosalicylic: Acid dinitrosalicylic (1g) và kali natri tartrate (300 g) được pha trộn với nhau trong

200 mL dung dịch NaOH 2 M, định mức đến 800 mL bằng nước cất 0,2 mL sản phẩm thô thu được sau phản ứng, pha loãng thành 10 mL bằng nước cất Lấy 0,2 mL dung dịch sau pha loãng cho vào ống nghiệm kín, thêm 2mL dung dịch acid dinitrosalicylic, lắc đều Hỗn hợp được đun sôi cách thủy trong 10 phút sau đó được làm lạnh nhanh về nhiệt độ phòng bằng nước đá Đo độ hấp thụ quang tại bước sóng 570 nm bằng máy quang phổ UV-VIS (Jenway spectrophotometer 6305, Vương quốc Anh) Hỗn hợp của nước cất và acid dinitrosalicylic theo tỷ lệ (0,2:2; v/v) được sử dụng làm mẫu trắng Hỗn hợp dung dịch 50% fructose và 50% glucose tại các nồng độ khác nhau được sử dụng để xây dựng đường chuẩn Hàm lượng RS được tính bằng % (g RS/100 g đường glucose)

2.3.4 Độ hấp thụ của sản phẩm thô thu được sau phản ứng

Độ hấp thụ của sản phẩm thô tại 284 nm phản ánh cường độ của phản ứng Maillard Độ hấp thụ UV của sản phẩm thô thu được sau phản ứng chuyển hóa (pha loãng 1000 lần) được xác định bằng cách đo độ hấp thụ quang tại bước sóng 284 nm bằng máy quang phổ UV-VIS (Jenway spectrophotometer 6305, Vương quốc Anh) Nước cất được sử dụng làm mẫu trắng [17,20,21]

2.3.5 Xác định hàm lượng 5-hydroxymethyl-2-furfuraldehyde (5- HMF)

Hàm lượng 5-HMF được xác định bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) [17,22] Sản phẩm thô thu được sau phản ứng được pha loãng 100 lần sau đó tiến hành trung hòa bằng NaOH và lọc qua màng lọc membrane có đường kính 0,2

µm tiêm lượng mẫu 20 µL vào HPLC (Sắc ký lỏng hiệu năng cao) Hỗn hợp nước khử ion (DI) và methanol theo tỷ lệ (90:10, v/v) được lọc qua màng lọc membrane có đường kính 0,2 mm, hỗn hợp này được sử dụng làm pha động, tốc độ dòng: 1 mL/phút Cột C18 (Dionex, 5 µm, 120 Å, 4,6 x 50 mm), đầu dò UV trên HPLC (Dionex Ultimate 3000, Thermo Scientific, Mỹ) được sử dụng để phân tách và xác định độ hấp thụ của 5-HMF tại bước sóng 284 nm Dung dịch 5-HMF với nồng độ

khác nhau được sử dụng để xây dựng đường chuẩn Hiệu suất tổng hợp 5-HMF được tính bằng % (g 5-HMF/100 g cơ chất)

2.3.6 Phương pháp phân tích số liệu

Sự khác biệt có ý nghĩa của kết quả thí nghiệm được phân tích bằng phương pháp ANOVA - One Way với phần mềm Minitab 16 [23]

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết quả xác định định thành phần hóa học của thịt đỏ cá ngừ sọc dưa

Thành phần hóa học của thịt đỏ cá ngừ được thể hiện trong hình 1.1

Từ kết quả hình 3.1 cho thấy cơ thịt có cá ngừ sọc dưa có hàm lượng nước khá lớn (69%) so với hàm lượng chất khô (31%) Trong các thành phần của chất khô, protein chiếm tỉ lệ cao nhât (22%), các thành phần khác (lipid 3%, tro 3%, các thành phần khác 3%) chiếm tỉ lệ rất nhỏ Khi so sánh với nghiên cứu của Bùi Xuân Đông và cộng sự (2017) Có thể thấy protein trong cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa chiếm khoảng 71,8% tính trên tổng lượng chất khô Với kết quả phân tích thu được như trên thì cơ thịt đỏ cá ngừ sọc dưa là một nguồn nguyên liệu thích hợp cho tổng hợp 5-HMF bằng phản ứng Maillard

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến quá trình tổng hợp 5-HMF

Từ kết quả thực nghiệm ta có thể thấy, nhìn chung nhiệt độ phản ứng có ảnh hưởng đến hàm lượng carbonhydrate tổng, hàm lượng đường khử, độ hấp phụ màu và hiệu suất tổng hợp 5-HMF Kết quả được tổng hợp và biểu diễn ở hình 3.2 và 3.3

Hình 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lò phản ứng đến hàm lượng Cacbonhydrate và đường khử (thời gian = 20 phút, nồng độ xúc tác HCl = 2M, tỷ lệ glucose:cơ thịt đỏ cá

ngừ sọc dưa = 0,18:0,2, tỷ lệ xúc tác:cơ chất = 1:10, V=20 mL)

Hàm lượng carbohydrate tổng và đường khử giảm khi nhiệt độ phản ứng tăng trong khoảng khảo sát từ 150 - 200°C vì đường glucose tham gia phản ứng Maillard ở nhiệt độ cao Hàm lượng carbohydrate tổng và đường khử giảm đến giá trị cực tiểu lần lượt là 49.35 ± 0.42% và 40.95 ± 0.41% tại nhiệt độ 200°C

Hình 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ lò phản ứng đến quá trình tổng hợp 5-HMF và độ hấp thụ màu (thời gian = 20 phút, nồng độ xúc tác HCl = 2M, tỷ lệ glucose:cơ thịt đỏ

cá ngừ sọc dưa = 0,18:0,2, tỷ lệ xúc tác:cơ chất = 1:10, V=20 mL)

304050607080

Trong khoảng nhiệt độ khảo sát từ 150 đến 200°C, hiệu suất tổng hợp 5-HMF

và độ hấp thụ của sản phẩm thô tăng Hiệu suất tổng hợp 5-HMF đạt giá trị cực đại 0.556 ± 0.041% ở nhiệt độ 180°C Điều này phù hợp với nghiên cứu của Kuster và cộng sự (1990) và phản ứng Maillard sẽ tăng khi nhiệt độ phản ứng tăng Tuy nhiên khi nhiệt độ đạt trên 190°C một số sản phẩm phân mảnh đáng kể có thể được hình thành như acetaldehyde, axit axetic, glycolaldehyde và axit propenoic (Daorattanachai

et al., 2012) [26] làm giảm hiệu suất tổng hợp 5-HMF

Bảng 3.1 Kết quả phân tích sự khác biệt có ý nghĩa của hiệu suất tổng hợp 5-HMF

khi khảo sát nhiệt độ

Nhiệt độ phản ứng (°C)

Hàm lượng 5-HMF trung bình (%)

ưu cho các khảo sát tiếp theo

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ xúc tác đến quá trình chuyển hóa glucose

thành 5-HMF

Kết quả khảo sát thực tế cho thấy hàm lượng carbonhydrate tổng, hàm lượng đường khử, độ hấp thụ màu và khả năng tổng hợp 5-HMF phụ thuộc vào nồng độ chất xúc tác, hình 3.4 và 3.5 thể hiện số liệu khảo sát thực đã được xử lý