Bài viết mô tả quy trình đơn giản, đáng tin cậy và độc đáo để xác định chất béo trong calcium soap. Calcium soap đã trở thành chất bổ sung phổ biến trong thức ăn từ năm 1980 đối với động vật nhai lại lấy sữa có năng suất sữa cao như bò, dê và cừu để tăng sản lượng sữa. Động vật nhai lại thu được chất dinh dưỡng từ thức ăn có nguồn gốc thực vật bằng đường tiêu hóa đặc biệt của chúng, bao gồm cả dạ cỏ. Dạ cỏ là khoang đầu tiên tiêu hóa carbohydrate (cellulose, đường, v.v.) và protein nhưng đòi hỏi độ pH lý tưởng là trên 6. Axit béo cản trở những điều kiện đó, làm giảm tổng năng lượng ăn vào. Do đó, muối canxi được hình thành, không được tiêu hóa ở khoang đầu tiên mà bị tiêu hóa sau đó khi tiếp xúc với axit dạ dày.
Ứng dụng này xác định tổng hàm lượng chất béo của hai mẫu. Quá trình thủy phân rất quan trọng cho việc thu hồi toàn bộ chất béo. Do đó, kết hợp quá trình thủy phân và chiết tách để xác định hàm lượng chất béo sẽ rất tối ưu. Quá trình chiết tách bằng thủy phân đồng thời được thực hiện bằng FatExtractor E-500 Soxhlet. Tổng hàm lượng chất béo được xác định bằng phương pháp trọng lượng. Tỷ lệ thu hồi chất béo nằm trong giá trị mong đợi với độ lệch chuẩn tương đối thấp.
Nguyên lý xác định chất béo trong Calcium Soap
Các mẫu bao gồm muối canxi của axit béo, vẫn có tính kỵ nước cao nhưng không hòa tan trong hầu hết các hydrocacbon (ví dụ n-hexan). Bước thủy phân bao gồm sự hình thành các axit béo bằng cách proton hóa và loại bỏ các ion canxi theo phương trình hóa học sau:
(R12−COO−)2 Ca2++2 H+ ↔ R1−COOH+R2−COOH+Ca2+
Các axit béo tạo thành có khả năng hòa tan cao trong hydrocacbon và do đó có thể được chiết và tách khỏi nền mẫu còn lại.
Tối ưu hóa để thực hiện phản ứng hoàn chỉnh
Các thông số khác nhau có thể ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Chúng bao gồm: thời gian tiếp xúc, nhiệt độ, độ hòa tan, cân bằng hóa học.
Thời gian tiếp xúc và độ hòa tan: Phản ứng axit-bazơ được coi là xảy ra tức thời khi hai chất phản ứng tiếp xúc. Tuy nhiên, việc thủy phân bằng dung dịch axit gặp nhiều khó khăn do tính chất kỵ nước của mẫu và do đó khả năng tiếp xúc kém.
Cân bằng hóa học: Phương trình hóa học nêu trên có thể đảo ngược nên trạng thái cân bằng được thiết lập. Các hợp chất có tính axit cao sẽ phản ứng tốt nhất với muối canxi, nhưng các thông số khác như nồng độ, độ hòa tan và độ bay hơi có thể ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng.
Nhiệt độ: Trong ngành công nghiệp hóa chất, người ta thường cho rằng tốc độ phản ứng sẽ tăng gấp đôi khi tăng nhiệt độ lên 10°C. Tuy nhiên, với tính chất tức thời của phản ứng axit-bazơ, nhiệt độ sẽ không ảnh hưởng đến hiệu suất của ứng dụng.
Chiết trực tiếp bằng hỗn hợp n-hexan: axit formic
Hỗn hợp axit formic (HCOOH) – hexane được tìm thấy tạo thành azeotrope tối thiểu, cho phép thủy phân và chiết mẫu trực tiếp.
Ở một thành phần xazeo nhất định, hỗn hợp đạt áp suất hơi tối đa Pazeo. Nếu áp suất hơi bằng áp suất của môi trường thì chất lỏng bắt đầu sôi. Do đó, áp suất hơi tối đa dẫn đến điểm sôi thấp nhất. Áp suất hơi tối đa của axit n-hexaneformic được tìm thấy tương ứng là 72:28 w%
Axit formic điểm sôi: 101 °C
Điểm sôi n-hexan: 69 °C
Azeotrope sôi tối thiểu : 61 °C
Cách thức hoạt động trong Soxhlet
Cốc chứa hỗn hợp n-hexan:axit formic sẽ được đun nóng. Azeotrope sẽ bay hơi đầu tiên. Nếu vượt quá một trong các hợp chất, nó sẽ chỉ còn lại trong cốc sau khi tất cả azeotrope đã được tạo ra và bay hơi. Tại thiết bị ngưng tụ, azeotrope ngưng tụ và rơi xuống mẫu.
Lưu ý: Hơi azeotrope ở nồng độ nhất định, không hòa trộn tốt ở trạng thái lỏng. Một hệ thống chất lỏng-lỏng đã được quan sát trong quá trình chiết xuất tại bộ thu gom hướng tới bể chứa.
Khi dung môi tiếp xúc với mẫu, axit formic có trong sẽ phản ứng với muối canxi, tạo thành canxi formate và axit béo. Không giống như muối canxi, axit béo hòa tan trong n-hexan và do đó sẽ hòa tan và được chiết xuống cốc.
Thiết bị
- FatExtractor E-500 Soxhlet, với giao diện I-300 Pro và cảm biến bảo vệ chất phân tích
- Cân phân tích (độ chính xác ± 0,1 mg)
- Lò sấy / Lò sấy chân không
- Máy trộn B-400
Hóa chất và Vật liệu
Hóa chất:
- Cát thạch anh, cỡ hạt 0,3-0,9 mm
- Axit formic 99%, phân tích chuyên nghiệp, Thuốc thử ACS. Ph Eur
- Hexan, puriss p.a. ACS Ph. Eur.
Để xử lý an toàn, vui lòng chú ý đến tất cả các MSDS tương ứng!
Mẫu:
- Mẫu 1, xà phòng canxi từ sản phẩm chưng cất axit béo từ cọ (PFAD), hàm lượng chất béo dự kiến: 84%, mẫu gồm dạng viên. Do đó, nó được trộn bằng Máy trộn B-400. Hơn nữa, mẫu hỗn hợp đã được sàng và chỉ sử dụng các hạt <0,2 mm cho tất cả các quy trình do diện tích bề mặt của mẫu tăng lên
- Mẫu 2, xà phòng canxi từ sản phẩm chưng cất axit béo cọ (PFAD), hàm lượng chất béo dự kiến: 84%, mẫu gồm bột thô. Vì vậy, nó được nghiền bằng cối và chày thành bột mịn.
Quy trình
Chuẩn bị ống sợi thủy tinh
- 0,5 g mẫu đồng nhất cho vào ống sợi thủy tinh
- 10 g cát thạch anh được thêm vào ống lót sợi thủy tinh
- Dùng thìa khuấy đều hỗn hợp
- Dùng một miếng khăn giấy để lau cẩn thận thìa
- Mẫu được phủ bằng bông thủy tinh
Chuẩn bị dung môi
n-Hexane và axit formic không trộn lẫn được và tạo thành 2 pha. Pha dưới bao gồm chủ yếu là axit fomic trong khi pha trên bao gồm chủ yếu là n-hexan. Hỗn hợp ban đầu chứa 900 mL n-hexan và 100 mL axit formic đã được chuẩn bị. Sau khi khuấy kỹ, 100-120 mL pha trên được chuyển vào cốc có mỏ (ví dụ bằng cách sử dụng phễu tách). 5 mL pha dưới được chuyển bằng pipet thể tích 5 mL vào cốc thủy tinh.
Sau khi chiết, dung môi thu hồi từ quá trình sấy có thể được tái sử dụng ở lần chiết tiếp theo. Để làm điều này, thêm dung môi thu hồi vào hỗn hợp n-hexane: HCOOH ban đầu. Miễn là có thể nhìn thấy được 2 pha thì nồng độ sẽ ổn định, dẫn đến kết quả có thể lặp lại được.
Chiết Soxhlet
Mẫu được đựng trong ống chiết bằng sợi thủy tinh đặt trong ống mẫu thủy tinh có frit. Ống lót cellulose không phù hợp vì nó sẽ bị thủy phân một phần. Ống chiết bằng sợi thủy tinh cũng có thể tích tụ dung môi trong quá trình chiết và do trọng lượng của nó, nó có thể rơi khỏi giá đỡ. Để tránh điều này, ống lót bằng sợi thủy tinh được đặt trong ống mẫu thủy tinh có frit.
1. Đặt các ống mẫu thủy tinh chứa mẫu vào buồng chiết và điều chỉnh cảm biến đo mức theo chiều cao của mẫu (Hình 2).
2. Đặt các cốc lên tấm gia nhiệt tương ứng.
3. Đóng tấm chắn an toàn và hạ giá đỡ xuống. Ngoài ra, đổ đầy dung môi vào bình ngưng sau khi hạ giá xuống.
4. Kích hoạt các vị trí đang sử dụng, mở nước làm mát hoặc bật máy làm lạnh được kết nối và bắt đầu chiết theo các thông số được liệt kê trong Bảng 1.
Bảng 1: Các thông số cho quá trình chiết Soxhlet bằng FatExtractor E-500
(1) Mức gia nhiệt do hệ thống đề xuất tùy thuộc vào dung môi đã chọn.
Sấy khô dịch chiết
Sấy khô các cốc chứa dịch chiết trong tủ sấy ở nhiệt độ 102 °C cho đến khi khối lượng không đổi. Để các cốc nguội đến nhiệt độ môi trường trong bình hút ẩm ít nhất 1 h và ghi lại khối lượng. Đảm bảo rằng thời gian làm nguội của các cốc trong bình hút ẩm trước và sau khi chiết là như nhau. Sự khác biệt về nhiệt độ cốc làm sai lệch kết quả.
Công thức
Kết quả được tính bằng phần trăm chất béo theo công thức trên
% Fat: Tỷ lệ phần trăm chất béo trong mẫu
mTotal: Cốc + chiết [g]
mBeaker: Trọng lượng cốc rỗng [g]
mSample: Trọng lượng mẫu [g]
Kết quả
Tất cả các mẫu calcium soap được phân tích ba lần. Hàm lượng chất béo được xác định tương ứng tốt với các giá trị mong đợi với độ lệch chuẩn tương đối thấp (rsd). Kết quả được thể hiện ở Bảng 2.
Bảng 2: Kết quả xác định hàm lượng chất béo tổng số của tất cả các mẫu, được xác định bằng FatExtractor E-500 Soxhlet.
Kết luận
Việc xác định tổng hàm lượng chất béo trong các mẫu xà phòng canxi khác nhau bằng FatExtractor E-500 Soxhlet mang lại kết quả đáng tin cậy và có thể lặp lại. Những kết quả này tương ứng tốt với các giá trị mong đợi với độ lệch chuẩn tương đối thấp (rsd). Phương pháp mới sử dụng axit formic và n-hexane đã được áp dụng thành công. Đây là phương pháp tiết kiệm thời gian và chi phí vì dung môi có thể được tái sử dụng trong lần chiết tiếp theo.
Nguồn: https://www.buchi.com/en/knowledge/applications/fat-calcium-soap
Minh Khang là nhà phân phối và nhập khẩu trực tiếp các sản phẩm thiết bị chiết tách hãng Buchi.
EN