Bài học

Chỉ số acid, chỉ số xà phòng hoá và chỉ số iodine

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em định nghĩa và tính được chỉ số acid, chỉ số xà phòng hoá, chỉ số iodine của một mẫu chất béo, và áp dụng các chỉ số này để đánh giá chất lượng cũng như độ không no của dầu mỡ.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài 2.2 đã học phản ứng trung hoà acid bằng base (áp dụng để tính lượng $KOH$ trung hoà một acid), còn bài 3.2 học phản ứng cộng $H_2$ vào liên kết đôi. Ba chỉ số trong bài này là ba con số định lượng, mỗi chỉ số đo một khía cạnh khác nhau của chất béo bằng đúng hai loại phản ứng quen thuộc đó.

Khởi động

Nhãn một chai dầu ăn ghi "chỉ số iodine cao" như một điểm cộng về chất lượng dinh dưỡng, trong khi dầu để lâu ngoài không khí lại có mùi "hôi dầu" khó chịu do sinh ra acid béo tự do. Hai hiện tượng này được đo bằng hai chỉ số hoàn toàn khác nhau — vậy mỗi chỉ số thực sự đo cái gì?

Kiến thức trọng tâm

Chỉ số acid (CSA) là số miligam $KOH$ cần dùng để trung hoà lượng acid béo tự do có trong 1 gam chất béo. Chất béo để lâu trong không khí bị thuỷ phân một phần, sinh ra acid béo tự do — CSA càng cao, chất béo càng chứa nhiều acid tự do, càng dễ bị "ôi", chất lượng càng kém. Dầu ăn đạt tiêu chuẩn thường có CSA khá thấp (dưới vài đơn vị).

Chỉ số xà phòng hoá (CSXP) là số miligam $KOH$ cần dùng để xà phòng hoá hoàn toàn 1 gam chất béo — bao gồm cả phần trieste chính lẫn phần acid béo tự do đã có sẵn. Vì hầu hết khối lượng chất béo là phần trieste, CSXP liên hệ trực tiếp với khối lượng mol trung bình $M$ của chất béo: chất béo có $M$ càng nhỏ (gốc acid béo càng ngắn) thì CSXP càng lớn, vì cùng 1 gam chứa được nhiều phân tử hơn, cần nhiều $KOH$ hơn để xà phòng hoá hết.

Chỉ số iodine (CSI) là số gam $I_2$ phản ứng tối đa với 100 gam chất béo. Phản ứng cộng $I_2$ xảy ra ở đúng vị trí liên kết đôi $C{=}C$ của gốc acid béo không no — giống hệt nguyên lý phản ứng cộng $H_2$ đã học. CSI càng cao, chất béo càng chứa nhiều liên kết đôi (càng không no): dầu thực vật (dầu đậu nành, dầu hướng dương) có CSI cao hơn hẳn mỡ động vật (mỡ lợn, mỡ bò).

**Chỉ số acid (CSA)** là số miligam $KOH$ cần dùng để trung hoà lượng acid béo tự do có trong 1 gam chất béo. Chất béo để lâu trong không khí bị thuỷ phân một phần, sinh ra acid béo tự do — CSA càng cao, chất béo càng chứa nhiều acid tự do, càng dễ bị "ôi", chất lượng càng kém. Dầu ăn đạt tiêu chuẩn thường có CSA khá thấp (dưới vài đơn vị). **Chỉ số xà phòng hoá (CSXP)** là số miligam $KOH$ cần dùng để xà phòng hoá hoàn toàn 1 gam chất béo — bao gồm cả phần trieste chính lẫn phần acid béo tự do đã có sẵn. Vì hầu hết khối lượng chất béo là phần trieste, CSXP liên hệ trực tiếp với khối lượng mol trung bình $M$ của chất béo: chất béo có $M$ càng nhỏ (gốc acid béo càng ngắn) thì CSXP càng lớn, vì cùng 1 gam chứa được nhiều phân tử hơn, cần nhiều $KOH$ hơn để xà phòng hoá hết. **Chỉ số iodine (CSI)** là số gam $I_2$ phản ứng tối đa với 100 gam chất béo. Phản ứng cộng $I_2$ xảy ra ở đúng vị trí liên kết đôi $C{=}C$ của gốc acid béo không no — giống hệt nguyên lý phản ứng cộng $H_2$ đã học. CSI càng cao, chất béo càng chứa nhiều liên kết đôi (càng không no): dầu thực vật (dầu đậu nành, dầu hướng dương) có CSI cao hơn hẳn mỡ động vật (mỡ lợn, mỡ bò).

Ba chỉ số cũng bổ sung cho nhau khi đánh giá một mẫu chất béo lạ: chỉ số xà phòng hoá cho biết kích thước phân tử trung bình (mạch carbon dài hay ngắn), chỉ số iodine cho biết mức độ không no (mạch thẳng hay có liên kết đôi), còn chỉ số acid cho biết chất béo còn tươi hay đã xuống cấp — kết hợp cả ba mới đủ dữ liệu để kết luận đầy đủ về một mẫu dầu mỡ chưa rõ nguồn gốc.

Ba chỉ số này không chỉ là bài tập tính toán trên giấy — phòng kiểm nghiệm thực phẩm và các cơ sở sản xuất dầu ăn dùng đúng ba phép chuẩn độ này hằng ngày để đánh giá một lô hàng có đạt tiêu chuẩn hay không trước khi đưa ra thị trường. Chỉ số acid vượt ngưỡng cho phép là dấu hiệu dầu đã bảo quản quá lâu hoặc bị chiên rán nhiều lần (mỗi lần chiên ở nhiệt độ cao đều làm chất béo thuỷ phân một phần, tăng dần lượng acid béo tự do) — đây là lý do khuyến cáo không tái sử dụng dầu ăn đã chiên quá nhiều lần. Chỉ số iodine giúp phân loại dầu thành dầu khô (chỉ số cao, dùng làm sơn, vecni vì dễ oxi hoá đóng màng khi tiếp xúc không khí — ví dụ dầu lanh), dầu bán khô, và dầu không khô (chỉ số thấp, dùng lâu bền hơn trong thực phẩm và mỹ phẩm — ví dụ dầu ô liu, dầu dừa). Ba chỉ số cũng bổ sung cho nhau khi đánh giá một mẫu chất béo lạ: chỉ số xà phòng hoá cho biết kích thước phân tử trung bình (mạch carbon dài hay ngắn), chỉ số iodine cho biết mức độ không no (mạch thẳng hay có liên kết đôi), còn chỉ số acid cho biết chất béo còn tươi hay đã xuống cấp — kết hợp cả ba mới đủ dữ liệu để kết luận đầy đủ về một mẫu dầu mỡ chưa rõ nguồn gốc.

Chỉ số iodine càng cao, chất béo càng chứa nhiều liên kết đôi C=C (càng không no) — dầu đậu nành vượt xa mỡ lợn và dầu dừa.

Ví dụ

Tính chỉ số acid từ số liệu chuẩn độ

1
Để trung hoà hết lượng acid béo tự do có trong 5 gam một mẫu chất béo, cần dùng vừa đủ một lượng dung dịch $KOH$ chứa $11,2$ miligam $KOH$ . Tính chỉ số acid của mẫu chất béo này.
Để trung hoà hết lượng acid béo tự do có trong 5 gam một mẫu chất béo, cần dùng vừa đủ một lượng dung dịch $KOH$ chứa $11,2$ miligam $KOH$. Tính chỉ số acid của mẫu chất béo này.
2
Theo định nghĩa, chỉ số acid $= \dfrac{m_{KOH}\ (\text{mg})}{m_{mẫu}\ (\text{g})}$ .
Theo định nghĩa, chỉ số acid $= \dfrac{m_{KOH}\ (\text{mg})}{m_{mẫu}\ (\text{g})}$.
3
$CSA = \dfrac{11,2}{5} = 2,24$ (mg KOH/g chất béo).
$CSA = \dfrac{11,2}{5} = 2,24$ (mg KOH/g chất béo).
4
Vậy chỉ số acid của mẫu chất béo là $2,24$ . Đây là giá trị khá thấp, phù hợp với một mẫu dầu ăn còn tươi, chưa bị thuỷ phân nhiều để sinh acid béo tự do.
Vậy chỉ số acid của mẫu chất béo là $2,24$. Đây là giá trị khá thấp, phù hợp với một mẫu dầu ăn còn tươi, chưa bị thuỷ phân nhiều để sinh acid béo tự do.

Ví dụ

Tính chỉ số xà phòng hoá của một chất béo tinh khiết

1
Tính chỉ số xà phòng hoá của tristearin tinh khiết (coi như không có acid béo tự do), biết $M_{tristearin} = 890$ g/mol.
Tính chỉ số xà phòng hoá của tristearin tinh khiết (coi như không có acid béo tự do), biết $M_{tristearin} = 890$ g/mol.
2
PTHH: $(C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5 + 3KOH \xrightarrow{t^\circ} C_3H_5(OH)_3 + 3C_{17}H_{35}COOK$ . Theo PT, $1$ mol tristearin cần đúng $3$ mol $KOH$ .
PTHH: $(C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5 + 3KOH \xrightarrow{t^\circ} C_3H_5(OH)_3 + 3C_{17}H_{35}COOK$. Theo PT, $1$ mol tristearin cần đúng $3$ mol $KOH$.
3
Trong $890$ gam tristearin (ứng $1$ mol) cần $3$ mol $KOH$ , tức $3 \times 56 = 168$ gam $= 168\,000$ mg $KOH$ . Vậy trong $1$ gam tristearin cần $\dfrac{168\,000}{890} \approx 188,8$ mg $KOH$ .
Trong $890$ gam tristearin (ứng $1$ mol) cần $3$ mol $KOH$, tức $3 \times 56 = 168$ gam $= 168\,000$ mg $KOH$. Vậy trong $1$ gam tristearin cần $\dfrac{168\,000}{890} \approx 188,8$ mg $KOH$.
4
Chỉ số xà phòng hoá của tristearin xấp xỉ $188,8$ . Công thức tổng quát rút ra: với chất béo tinh khiết (không acid tự do), $CSXP \approx \dfrac{3 \times 56\,000}{M}$ — $M$ càng nhỏ, CSXP càng lớn.
Chỉ số xà phòng hoá của tristearin xấp xỉ $188,8$. Công thức tổng quát rút ra: với chất béo tinh khiết (không acid tự do), $CSXP \approx \dfrac{3 \times 56\,000}{M}$ — $M$ càng nhỏ, CSXP càng lớn.

Ví dụ

Tính chỉ số iodine của triolein từ số liên kết đôi

1
Triolein $(C_{17}H_{33}COO)_3C_3H_5$ có $M = 884$ g/mol và có 3 liên kết đôi $C{=}C$ trong phân tử (mỗi gốc oleat 1 liên kết đôi). Tính chỉ số iodine của triolein, biết $M_{I_2} = 254$ g/mol.
Triolein $(C_{17}H_{33}COO)_3C_3H_5$ có $M = 884$ g/mol và có 3 liên kết đôi $C{=}C$ trong phân tử (mỗi gốc oleat 1 liên kết đôi). Tính chỉ số iodine của triolein, biết $M_{I_2} = 254$ g/mol.
2
Mỗi liên kết đôi cộng đúng 1 mol $I_2$ (tương tự phản ứng cộng $H_2$ ), nên $1$ mol triolein phản ứng với $3$ mol $I_2$ : $m_{I_2} = 3 \times 254 = 762$ gam.
Mỗi liên kết đôi cộng đúng 1 mol $I_2$ (tương tự phản ứng cộng $H_2$), nên $1$ mol triolein phản ứng với $3$ mol $I_2$: $m_{I_2} = 3 \times 254 = 762$ gam.
3
Trong $884$ gam triolein phản ứng hết với $762$ gam $I_2$ . Theo tỉ lệ, trong $100$ gam triolein sẽ phản ứng với $\dfrac{762 \times 100}{884} \approx 86,2$ gam $I_2$ .
Trong $884$ gam triolein phản ứng hết với $762$ gam $I_2$. Theo tỉ lệ, trong $100$ gam triolein sẽ phản ứng với $\dfrac{762 \times 100}{884} \approx 86,2$ gam $I_2$.
4
Vậy chỉ số iodine của triolein xấp xỉ $86,2$ — một giá trị khá cao, phù hợp với thực tế triolein là thành phần chính trong nhiều loại dầu thực vật lỏng, giàu liên kết đôi.
Vậy chỉ số iodine của triolein xấp xỉ $86,2$ — một giá trị khá cao, phù hợp với thực tế triolein là thành phần chính trong nhiều loại dầu thực vật lỏng, giàu liên kết đôi.

Sai lầm thường gặp

Lỗi phổ biến nhất là quên chia cho khối lượng mẫu (gam) khi tính chỉ số acid hoặc chỉ số xà phòng hoá — cả hai chỉ số này LUÔN tính trên 1 gam chất béo, còn chỉ số iodine lại tính trên 100 gam chất béo, đơn vị cơ sở khác nhau nên rất dễ nhầm khi đổi bài. Một lỗi khác là nhầm đơn vị: $KOH$ trong hai chỉ số đầu tính bằng miligam, không phải gam.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Chỉ số acid = mg KOH trung hoà acid tự do / 1 gam chất béo (càng thấp càng tốt); chỉ số xà phòng hoá = mg KOH xà phòng hoá hoàn toàn / 1 gam chất béo (liên hệ ngược với M); chỉ số iodine = gam I₂ phản ứng / 100 gam chất béo (càng cao càng không no).

Chương cuối cùng của khoá học ứng dụng chính chất béo và phản ứng ester hoá vào một sản phẩm hiện đại: biodiesel — nhiên liệu tái tạo sản xuất từ dầu mỡ động thực vật.