Vanillin là một trong những chất tạo hương vị được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp thực phẩm, được đánh giá cao nhờ mùi thơm dễ chịu và vị ngọt. Nó thường được chiết xuất từ các nguồn tự nhiên, chẳng hạn như hạt vani, nhưng cũng có thể được sản xuất tổng hợp. Một phương pháp để sản xuất vanillin là thông qua quá trình thủy phân kiềm của lignin, một loại polymer hữu cơ phức tạp được tìm thấy trong thực vật. Trong quá trình này, natri hydroxit (NaOH) được sử dụng để phân hủy lignin thành các thành phần cấu thành của nó, một trong số đó là vanillin.
Phản ứng hoá học:
Việc sản xuất vanillin từ lignin bao gồm một loạt các phản ứng hóa học, trong đó phản ứng đầu tiên là thủy phân lignin bằng NaOH. Lignin là một polymer phức tạp được tạo thành từ nhiều loại monome, bao gồm phenol và rượu, được liên kết với nhau bằng liên kết hóa học. NaOH là một bazơ mạnh có thể phá vỡ các liên kết này, dẫn đến sự phân hủy lignin thành các bộ phận cấu thành của nó. Phương trình tổng quát của quá trình thủy phân lignin như sau:
Lignin + NaOH → Alkali Lignin + Na2CO3 + H2O
Trong phương trình này, NaOH phản ứng với lignin để tạo thành Alkali Lignin, natri cacbonat (Na2CO3) và nước (H2O). Alkali lignin là hỗn hợp của các thành phần phenolic và non-phenolic, bao gồm cả vanillin.
Sau khi lignin đã được thủy phân, vanillin phải được tách ra khỏi các thành phần khác của hỗn hợp Alkali Lignin. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng một quy trình gọi là axit hóa, bao gồm việc thêm một loại axit, chẳng hạn như axit clohydric (HCl), vào hỗn hợp. Axit phản ứng với Alkali Lignin tạo thành kết tủa axit lignin, để lại vanillin trong dung dịch. Phương trình của phản ứng này là:
Alkali Lignin + HCl → Axit Lignin + NaCl
Trong phương trình này, HCl phản ứng với Alkali Lignin để tạo thành axit lignin và natri clorua (NaCl). Axit lignin kết tủa ra khỏi dung dịch, để lại vanillin trong dung dịch.
Bước cuối cùng trong quy trình là cô lập vanillin khỏi dung dịch. Điều này thường được thực hiện bằng cách sử dụng quy trình gọi là chiết dung môi, trong đó dung môi không phân cực, chẳng hạn như etyl axetat, được sử dụng để chiết vanillin ra khỏi dung dịch nước. Dung môi sau đó được làm bay hơi để lại vanillin tinh khiết. Phương trình tổng thể để sản xuất vanillin từ lignin sử dụng NaOH có thể được tóm tắt như sau:
Lignin + NaOH → Alkali Lignin + Na2CO3 + H2O
Alkali Lignin + HCl → Axit Lignin + NaCl
Axit lignin + Chiết xuất dung môi → Vanillin tinh khiết
Các quy trình liên quan đến việc sản xuất vanillin từ lignin sử dụng NaOH như sau:
Chuẩn bị chất phản ứng: Linhin và NaOH được chuẩn bị với lượng thích hợp và được thêm vào bình phản ứng. Hỗn hợp này được khuấy và đun nóng đến nhiệt độ cụ thể, thường là từ 150-200°C, để bắt đầu phản ứng thủy phân.
Thủy phân: Phản ứng thủy phân được phép tiến hành trong một khoảng thời gian nhất định, thường là từ 1-3 giờ, cho đến khi phần lớn lignin bị phân hủy thành các phần cấu thành của nó.
Axit hóa: Sau khi phản ứng thủy phân hoàn tất, hỗn hợp được chuyển sang bình axit hóa và một loại axit, chẳng hạn như HCl, được thêm vào. Hỗn hợp này được khuấy và để lắng, và kết tủa axit lignin được loại bỏ bằng cách lọc.
Dung môi chiết: Dung dịch nước chứa vanillin được chuyển sang bình chiết và dung môi không phân cực, chẳng hạn như etyl axetat, được thêm vào. Hỗn hợp này được khuấy và dung môi chứa vanillin được tách ra khỏi pha nước.
Bay hơi: Dung môi chứa vanillin được chuyển đến thiết bị bay hơi, nơi nó được làm nóng để làm bay hơi dung môi và để lại vanillin tinh khiết.
Tinh chế lần cuối: Vanillin tinh khiết thường trải qua bước tinh chế cuối cùng, chẳng hạn như kết tinh lại hoặc sắc ký, để loại bỏ mọi tạp chất và đảm bảo độ tinh khiết cao.
Ưu điểm NaOH:
Một trong những ưu điểm chính của việc sử dụng NaOH để sản xuất vanillin từ lignin là đây là một quy trình tương đối đơn giản và có thể được thực hiện trên quy mô lớn. NaOH là thuốc thử sẵn có và chi phí thấp, và các thiết bị cần thiết cho quá trình tương đối đơn giản. Ngoài ra, quá trình này tạo ra sản lượng vanillin tương đối cao, làm cho nó trở thành một lựa chọn cho sản xuất thương mại.
Công ty cổ phần hoá chất Đông Á tự hào là đơn vị tư nhân tiên phong trong lĩnh vực sản xuất các sản phẩm hoá chất cơ bản như NaOH, HCl, PAC, Javen, Clo lỏng, Chlorine (Calcium hypochlorite) phục vụ các ngành công nghiệp trong nước.