Sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng để tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng chuyển hóa sucrose thành 5-Hydroxymethyl-2-furfuraldehyde (5-HMF) bằng sự kết hợp giữa nhiệt và xúc tác HCl

Abstract

5-Hydroxymethyl-2-furfuraldehyde (5-HMF) là một sản phẩm trung gian của phản ứng caramel, được coi là một hóa chất quan trọng do có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Trong y dược, 5-HMF được sử dụng để điều trị các bệnh tim mạch, chấn thương do thiếu oxy,…; trong thực phẩm, hợp chất này được sử dụng để sản xuất các loại phụ gia thực phẩm; ngoài ra, còn được ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp vật liệu, hóa chất, năng lượng… . Dựa trên kết quả khảo sát đơn biến ban đầu, phương pháp bề mặt đáp ứng được sử dụng để tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng chuyển hóa sucrose thành 5-HMF bằng sự kết hợp giữa nhiệt và xúc tác HCl với hàm mục tiêu là hiệu suất chuyển hóa 5-HMF (H, %). Hàm lượng 5-HMF được xác định bằng phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC). Phần mềm Minitab version 16 được sử dụng để xử lý số liệu thực nghiệm thu được, sự khác biệt có ý nghĩa đối với hiệu suất trích ly được phân tích bằng phương pháp phương sai ANOVA – one way. Mô hình toán học mô tả ảnh hưởng của các yếu tố cũng như sự tương tác của chúng đến hiệu suất chuyển hóa 5-HMF có dạng: H = - 238,523 + 10,970T + 248,784C - 7,343R - 0,555TC - 0,158TR + 8,330CR - 0,258T2 - 81,507C2 - 0,428R2; trong đó, T: Thời gian phản ứng (phút), C: Nồng độ xúc tác HCl (M), R: Tỉ lệ thể tích xúc tác HCl:sucrose (mL:g). Hiệu suất chuyển hóa 5-HMF đạt giá trị cực đại Hmax = 56,229 ± 2,519% tại điều kiện phản ứng tối ưu là T = 17,4 (phút); C = 1,81 (M) và R = 6,6:1 (v:w). Hiệu suất trích ly đạt giá trị cực đại là 61,067 ± 0,645% với độ tinh khiết của 5-HMF là 75,56 ± 3,67% khi tiến hành tinh chế hợp chất 5-HMF bằng phương pháp trích ly với dung môi diethyl ether ở tỉ lệ sản phẩm thô:diethyl ether là 1:09 (v:v). Nghiên cứu đã cung cấp thông tin quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo về 5-HMF và quá trình sản xuất 5-HMF với qui mô lớn