Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế axit ferulic từ oryzanol chiết từ cám gạo

Nguyên liệu, dụng cụ, thiết bị và hóa chất Nguyên liệu: Mẫu soapstock thải ra từ giai đoạn trung hòa của quá trình sản xuất dầu cám gạo tại Công ty TNHH Wilmar Agro Việt Nam – khu Công

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

GVHD : TS GIANG THỊ KIM LIÊN

Đà Nẵng - 2018

KHOA HÓA

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : ĐẶNG NGUYỄN TỐ UYÊN

1 Tên đề tài: “Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế axit

ferulic từ oryzanol chiết từ cám gạo”

2 Nguyên liệu, dụng cụ, thiết bị và hóa chất

Nguyên liệu: Mẫu soapstock thải ra từ giai đoạn trung hòa của quá trình sản xuất dầu cám gạo tại Công ty TNHH Wilmar Agro Việt Nam – khu Công nghiệp Hưng Phú I, phường Tân Phú, quận Cái Răng, TP Cần Thơ, Việt Nam

Dụng cụ và thiết bị: Máy sắc ký lỏng cao áp GL-Sciences, kèm với cột Inertsil ODS-3 C18 (4,6 mm x 250 mm, 5 μm) (GL Science, Tokyo, Japan), bể siêu âm Elma 37 kHz(Đức), một số trang thiết bị khác: máy quay cất chân không, máy sấy, các dụng cụ thuỷ tinh, v.v

Hóa chất: Chất chuẩn axit ferulic, γ-oryzanol, ethyl ferulate (Sigma Aldrich, Mỹ): độ tinh khiết >99%, dung môi hữu cơ: EtOH, EtOAc, n-hexan (Merck, Đức), dung môi chuẩn HPLC để chạy sắc ký lỏng: Acetonitrile, MeOH, H2O (Merck, Đức), một số hóa chất khác: KOH, CH3COOH, H2SO4, H3PO4

3 Nội dung nghiên cứu

3.1 Nghiên cứu lý thuyết

– Phương pháp nghiên cứu các hợp chất thiên nhiên

– Nghiên cứu trên mạng internet, tham khảo các công trình nghiên cứu trên thế giới về tinh chế axit ferulic từ các nguyên liệu khác nhau

3.2 Nghiên cứu thực nghiệm

– Xử lý mẫu: mẫu soapstock được đem cân

– Nguyên liê ̣u đã xử lý được chiết với dung môi thích hợp sử dụng kỹ thuật sóng siêu âm

– Thực hiện phản ứng thủy phân γ-oryzanol trong môi trường kiềm để thu được axit ferulic

4 Giáo viên hướng dẫn: Ts Giang Thị Kim Liên

5 Ngày giao đề tài: 3/2017

6 Ngày hoàn thành: 3/2018

Chủ nhiệm khoa Giáo viên hướng dẫn

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày… tháng … năm 2018

Kết quả điểm đánh giá:

Ngày … tháng … năm 2018

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

(Kí và ghi rõ họ tên)

Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô giáo Ts Giang Thị Kim Liên và học viên cao học Võ Thị Nga Huyền đã hướng dẫn tận tình và luôn sẵn sàng giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong thời gian học tập và thực hiện đề tài

Trong quá trình làm khóa luận, do bước đầu làm quen với việc nghiên cứu khoa học nên khó tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo để khóa luận được hoàn chỉnh hơn

Đề tài được sự hỗ trợ từ Đề tài Nghiên cứu Cơ bản “Nghiên cứu điều chế axit ferulic từ dầu kiềm thải của nhà máy trích ly cám gạo ở Cần Thơ bằng phương pháp thủy phân kết hợp kỹ thuâ ̣t sóng siêu âm, nhằm phu ̣c vu ̣ cho lĩnh vực y dược.” – Viện Công nghệ môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

do Ts Đỗ Văn Ma ̣nh chủ trì

Đặng Nguyễn Tố Uyên

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN 4

1.1 Giới thiệu về axit ferulic (FA) 4

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về axit ferulic 7

1.3 Các ứng dụng của axit ferulic 9

1.3.1 Tác nhân chống oxy hóa 9

1.3.2 Tác nhân chống lão hóa và bệnh đái tháo đường 9

1.3.3 Tác nhân ngăn ngừa sự đổi màu lương thực 10

1.3.4 FA là tiền thân của vanillin 10

1.3.5 Sử dụng axit ferulic trong mỹ phẩm 11

1.3.6 Tác nhân chống ung thư 11

1.3.7 Tác dụng bảo vệ phổi và tim mạch 12

1.3.8 Chất bảo quản thực phẩm 12

1.4 Dầu kiềm thải soapstock – nguyên liệu điều chế axit ferulic 12

1.5 Nguồn nguyên liệu soapstock tại Việt Nam 15

CHƯƠNG 2 – CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 17

2.1 Nguyên liệu, hóa chất, thiết bị nghiên cứu 17

2.1.1 Nguyên liệu 17

2.1.2 Hóa chất, thiết bị nghiên cứu 17

2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 18

2.2.1 Sơ đồ thực nghiệm 18

2.2.2 Chiết γ-oryzanol từ soapstock 20

2.2.3 Xây dựng đường chuẩn bằng HPLC 21

2.2.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng thủy phân γ-oryzanol 26

2.2.5.2 Phản ứng thủy phân dịch chiết γ-oryzanol 26

2.2.5.3 Phản ứng điều chế axit ferulic 27

CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

3.1 Đường chuẩn axit trans - ferulic 28

3.2 Đường chuẩn γ-oryzanol 29

3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất thủy phân γ-oryzanol 30

3.4 Phản ứng thủy phân γ-oryzanol và quá trình tạo thành axit ferulic 30

3.5 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thủy phân γ-oryzanol 31

3.6 Hiệu suất tạo thành FA từ phản ứng thủy phân γ-oryzanol 34

3.7 Sự chuyển hóa các đồng phân của axit ferulic sau phản ứng 34

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37

Kết luận 37

Kiến nghị 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

5 1.5 Công thứ c cấu ta ̣o các hợp chất của γ-oryzanol 13

2.1 Mẫu soapstock của quá trình sản xuất dầu cám

gạo tại Công ty TNHH Wilmar Agro Việt Nam

17

11 2.4 Lọc mẫu thu lấy dịch chiết GO 21

13 3.1 Phương trình đường chuẩn axit trans – ferulic 28

36

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Việt Nam là một nước có nền nông nghiệp lâu đời, là nước sản xuất gạo đứng thứ 4 thế giới, xuất khẩu gạo đứng thứ 2 với sản lượng gạo được sản xuất ra hằng năm vô cùng lớn, ước tính trên 30 triệu tấn/năm, tương đương với hơn 3 triệu tấn cám gạo thải ra mỗi năm (khối lượng cám ga ̣o chiếm khoảng 10% khối lượng của

hạt ga ̣o) Cám gạo được coi là phụ phẩm nông nghiệp, được dùng làm thức ăn chăn nuôi, một số được dùng trong việc làm đẹp hoặc xuất khẩu dưới dạng nguyên liệu thô Tuy nhiên đa phần vẫn chưa sử dụng hết tiềm năng của cám gạo

Ở nước ta hiện tại chỉ có nhà máy trích ly dầu cám tại Cần Thơ là nhà máy đầu tiên có công suất trích ly 100,000 tấn cám gạo/năm để cho ra 15,000 tấn dầu cám gạo chất lượng cao Việc xây dựng nhà máy này có ý nghĩa lớn vì có thể tận dụng nguồn cám gạo thải ra hằng năm để làm thành một loại dầu ăn tốt cho sức khỏe, lại

có thể hạn chế việc ô nhiễm môi trường

Trong quy trình sản xuất dầu cám ga ̣o, dầu kiềm thải soapstock là sản phẩm phụ của quá trình trung hòa dầu cám ga ̣o, là mô ̣t hỗn hợp da ̣ng nhũ tương chứa các

hợp chất lipit, axit béo tự do, các triglicerit, chất màu, γ-oryzanol, nước và mô ̣t số

hợp chất không phân cực khác Thông thường, lượng dầu kiềm thải soapstock được

tạo ra trong quy trình tinh chế dầu ăn chiếm khoảng 6% so với thể tích của dầu đã được tinh chế Khoảng 93 – 94.6% hàm lượng γ-oryzanol từ dầu thô bi ̣ chuyển vào dầu kiềm thải soapstock [18] Thế nhưng việc tách γ-oryzanol từ soapstock rất khó

vì tạp chất quá nhiều, chi phí cao, thay vào đó các nhà khoa học trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu điều chế axit ferulic từ soapstock bằng quá trình thủy phân trong môi trường kiềm [4], tuy nhiên các nghiên cứu còn hạn chế về số lượng và chưa đi sâu vào bản chất của quá trình, điển hình là sự thủy phân của γ-oryzanol - hỗn hợp các este của axit ferulic

Axit ferulic (FA) là một hợp chất phenolic phổ biến trong thành phần tế bào thực vật, là một chất chống oxi hóa, chống ung thư; ngoài ra nó còn có khả năng

hấp thụ tia UV, giảm cholesterol trong máu Ngày nay, FA được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp mỹ phẩm, làm chất phụ gia thực phẩm và ngày càng được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y tế

Vì vậy tập trung nghiên cứu về soapstock của dầu cám gạo với một hàm lượng không nhỏ γ-oryzanol là một hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng

Qua quá trình nghiên cứu sơ bộ ban đầu, em quyết định chọn đề tài “Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế axit ferulic (FA) từ oryzanol chiết

từ cám gạo” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của mình

2 Mục đích nghiên cứu

– Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế axit ferulic từ oryzanol

– Xác định hiệu suất tạo thành FA từ quá trình thủy phân γ-oryzanol

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

– Thu mẫu dầu thải soapstock tại nhà máy trích ly cám gạo ở Cần Thơ

– Thủy phân γ-oryzanol để điều chế axit ferulic

4 Phương pháp nghiên cứu

➢ Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết

– Phương pháp nghiên cứu các hợp chất thiên nhiên

– Nghiên cứu trên mạng internet, tham khảo các công trình nghiên cứu trên thế giới về tinh chế axit ferulic từ các nguyên liệu khác nhau

– Tổng quan các tài liệu về axit ferulic, soapstock và ứng dụng của axit ferulic trong lĩnh vực hóa mỹ phẩm, y dược

➢ Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

– Xử lý mẫu: mẫu soapstock đem cân

– Nguyên liê ̣u đã xử lý được chiết với dung môi thích hợp sử dụng kỹ thuật sóng siêu âm

– Xây dựng đường chuẩn của γ-oryzanol và axit ferulic có trong dịch chiết bằng phương pháp sắc ký lỏng cao áp (HPLC)

– Thực hiện phản ứng thủy phân γ-oryzanol trong môi trường kiềm để thu được axit ferulic

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

– Tận dụng các sản phẩm phụ một cách hợp lý, tạo ra hiệu quả kinh tế cao – Ta ̣o cơ sở cho việc ứng dụng điều chế axit ferulic từ nguồn nguyên liệu dồi dào, rẻ tiền và vô cùng sẵn có của Việt Nam

6 Cấu trúc của luận văn

– Luận văn bao gồm 39 trang, 4 bảng, 18 hình, 20 tài liệu tham khảo Với: Phần mở đầu (3 trang)

Chương 1 – TỔNG QUAN (13 trang)

Chương 2 – CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM (11 trang)

Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN (9 trang)

Kết luận (1 trang)

Tài liệu tham khảo (2 trang)

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về axit ferulic (FA)

Axit ferulic là mô ̣t hợp chất phenolic tồn ta ̣i phổ biến trong thực phẩm, ví du ̣ như các loa ̣i hoa quả cam quýt, chuối, cà tím, cải bắp, củ cải đường, bông cải xanh,

cà phê [3], cám ngô, cám ga ̣o, cây lanh (flax shives), lúa mì (wheat) [2], rơm [13],

cây đương quy (Radix Angelicae sinensis) [8], cây xuyên khung (ligusticum chuanxiong) [14], etc

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của axit ferulic

Trong các loa ̣i ha ̣t ngũ cốc, FA thường nằm trong các lớp cám, bên cạnh đó,

FA cũng xuất hiê ̣n phổ biến dưới da ̣ng các este, mô ̣t trong những da ̣ng este phổ biến nhất của FA là steryl ferulat, được phát hiê ̣n đầu tiên vào năm 1954 trong dầu cám

gạo Do este này được phân lâ ̣p từ dầu cám ga ̣o (Orysae Sativa L.) và có chứa nhóm hydroxyl trong cấu trúc nên nó thường được go ̣i là oryzanol, trong đó γ-oryzanol là loại đồng phân phổ biến nhất [3]

FA lần đầu tiên được tổng hợp vào năm 1925, tuy nhiên các hoa ̣t tính sinh ho ̣c

củ a nó chỉ được nhâ ̣n ra từ những thâ ̣p kỷ 70 khi mô ̣t nhà khoa ho ̣c người Nhâ ̣t khám phá ra tính chất chống oxy hóa của các este ferulat chiết ra từ dầu cám ga ̣o

Khả năng chống oxy hóa của hợp chất này được giải thích do cấu ta ̣o nhân thơm

gắn với nối đôi liên hợp, do đó dễ dàng ta ̣o ra gốc phenoxy tự do bền do hiê ̣u ứng

cộng hưởng

Hình 1.2 Ca ́ c da ̣ng bền gốc tự do của axit ferulic

Khi gốc tự do tấn công FA, nó sẽ dễ dàng lấy đi mô ̣t nguyên tử H và do đó

hình thành nên gốc tự do bền của FA (hình 1.2) Gốc tự do này được làm bền do hiệu ứng cô ̣ng hưởng, că ̣p electron chưa phân chia không chỉ khu trú ta ̣i nguyên tử oxy mà nó được phân bố đều trên toàn bô ̣ phân tử Ngoài ra, gốc tự do này còn được làm bền bởi hiê ̣u ứng liên hợp gây ra bởi nhóm thế –CH=C–COOH ở vị trí đối

xứ ng với nguyên tử oxy chứa că ̣p electron Gốc tự do bền của FA rất kém hoa ̣t đô ̣ng

và không có khả năng khơi mào chuỗi phản ứng khác [3], do đó FA là mô ̣t tác nhân chống oxy hóa rất hiê ̣u quả

Trước đây, các dẫn xuất của benzophenones và axit salicylic thường được sử

dụng như các hợp chất chống tia UV, tuy nhiên mô ̣t số dẫn xuất của chúng la ̣i là chất đô ̣c đối với môi trường và con người, do đó ngày nay người ta dùng những hợp chất khác thân thiê ̣n môi trường hơn

Trên thực tế, với vai trò chất hấp thu ̣ UV, FA thường được sử du ̣ng dưới da ̣ng đime hóa (bis-4,4’-(2-etoxy cacbonyl-1-etenyl)-2,2’-metoxyphenoxymetan) hơn là

dạng monome do bản chất FA không bền ở nhiê ̣t đô ̣ cao (bi ̣ phân hủy ở 176ºC)

Hợp chất đime này có khả năng hấp thu ̣ ánh sáng ở vùng tử ngoa ̣i 260 – 370 nm, và

có hai bước sóng hấp thu ̣ cực đa ̣i là 292 nm và 321 nm, nhiê ̣t đô ̣ phân hủy 359ºC, cao hơn nhiều so với nhiê ̣t đô ̣ phân hủy của FA

Như chúng ta đã biết, các hợp chất nitrit thường được sử dụng làm phụ gia trong thực phẩm để giữ màu và ngăn ngừa sự phát triển của các vi sinh vâ ̣t, tuy nhiên trong môi trường axit của da ̣ dày, nitrit sẽ phản ứng với các hợp chất khác sinh ra

nitrosamine, là mô ̣t chất có khả năng gây ung thư FA có thể khóa phản ứng hình thành nitrosamine, do đó ngăn ngừa nguy cơ gây ung thư [8] Bên ca ̣nh đó, FA còn

có khả năng ngăn ngừa các bê ̣nh về tim ma ̣ch (cardiovascular disease), bê ̣nh đái tháo đường (diabetes), bê ̣nh Alzheimer, chống ung thư đa ̣i tràng (colon disease), giảm cholesterol trong huyết tương, etc [14]

Trong những thâ ̣p kỷ đầu tiên của thế kỷ 20, FA được tổng hợp bằng phản ứng giữa vanillin với axit malonic với hiê ̣u suất khá cao nhưng mất đến 3 tuần để phản ứng hoàn thành, hơn nữa, sản phẩm là mô ̣t hỗn hợp giữa 2 da ̣ng đồng phân trans- và cis- củ a FA trong khi đó chỉ có trans- tồn ta ̣i ở da ̣ng tinh thể là da ̣ng đồng phân được thương ma ̣i hóa Rất nhiều phương pháp khác nhau được sử du ̣ng để điều chế

FA, trong đó phương pháp thủy phân trong môi trường kiềm với sự hỗ trợ của sóng siêu âm hoặc vi sóng được dùng khá phổ biến [2, 14, 17] Bên ca ̣nh đó, các nghiên

cứ u điều chế FA từ các sản phẩm phu ̣ trong các quy trình sản xuất công nghiê ̣p

cũng được quan tâm, điển hình là thu hồi FA và γ-oryzanol từ quy trình sản xuất

dầu cám ga ̣o [4] Ngoài ra, phương pháp chiết FA và các hợp chất phenolic khác sử

dụng phản ứng thủy phân kết hợp với tăng áp suất cũng đã được nghiên cứu và đưa

ra được những kết quả khá khả quan [2]

Nhìn chung, các nghiên cứu về tách chiết, thu hồi FA từ các nguồn nguyên liệu đầu vào khác nhau đều có mô ̣t điểm chung đó là sử du ̣ng quá trình thủy phân trong môi trường kiềm, tùy từng nguyên liệu khác nhau mà điều kiện phản ứng sẽ khác nhau Mục đích của quá trình này mô ̣t phần chính là để phá vỡ ma trâ ̣n hữu cơ

có chứa các lipit và axit béo tự do trong các nguyên liê ̣u đầu vào (các loa ̣i thực vâ ̣t, ngũ cốc); mă ̣t khác chính là tâ ̣n du ̣ng sự thủy phân của các hợp chất ferulat, este của axit ferulic có trong các nguyên liê ̣u đầu vào để điều chế FA với hiê ̣u suất cao Mă ̣c

dù có nhiều nghiên cứu về quá trình tách chiết FA từ các nguồn nguyên liê ̣u khác nhau, nhưng FA thu được sau các phản ứng thủy phân bao gồm cả FA tự do và FA liên kết, bản chất của phản ứng thủy phân của các este của FA chưa được nghiên cứu cụ thể

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về axit ferulic

Trên thế giới, có rất nhiều nghiên cứu về phản ứng thủy phân đã được tiến hành để điều chế FA từ các nguyên liê ̣u đầu vào khác nhau Theo cuốn sách “Rice

is life: scientific perspectives for the 21st century” (Tuyển tâ ̣p hội nghi ̣ các nghiên

cư ́ u về gạo, Tsukuba, Nhật Bản) phản ứng thủy phân diễn ra trong 8 giờ ta ̣i 90 –

100ºC dưới áp suất khí quyển với hiê ̣u suất thu được FA từ 70 – 90% FA thô được tinh chế la ̣i bằng quá trình tái kết tinh sử du ̣ng hỗn hợp dung môi rượu etylic và nước

Tác giả Shenggiang Zhao [17] đã tiến hành điều chế FA từ cám ngô bằng cách

dù ng các dung di ̣ch NaOH với các nồng đô ̣ khác nhau 0.2; 0.5; 0.75 và 1M; trô ̣n lẫn

vớ i các dung di ̣ch EtOH với các nồng đô ̣ khác nhau 30, 50, 70 và 90%; sau đó chiết

tại các nhiê ̣t đô ̣ khác nhau 65, 75, 85 và 95ºC, trong thời gian 1.5; 2; 2.5 đến 3 giờ

FA tạo thành được lo ̣c bằng màng nano, và kết tinh la ̣i Hiê ̣u suất thu được FA cao nhất là 81% ta ̣i 75 ºC trong 2 giờ, với nồng độ NaOH là 0.25M, nồng đô ̣ EtOH là 50%

Một nghiên cứu khác về tách FA trong bã mía [12] đã sử du ̣ng hỗn hợp dung

dịch NaOH 0.5M và NaHSO3 100 mg/l vớ i tỉ lê ̣ nguyên liê ̣u/dung di ̣ch chất phản ứng là 1:10 (g/ml), phản ứng tiến hành ở 50ºC trong 4 giờ Trong khi đó, tác giả Salleh [13] đã sử du ̣ng tỉ lê ̣ nguyên liê ̣u/dung di ̣ch chất phản ứng là 1:30 (g/ml) để

tách FA từ vỏ trấu với nồng đô ̣ NaOH sử du ̣ng là 3.9 M, nhiê ̣t đô ̣ phản ứng 125 ºC, trong 2.3 giờ

Để tách FA từ cây xuyên khung, tác giả Yongyue [14] đã sử du ̣ng kỹ thuâ ̣t

sóng siêu âm với tần số 50 kHz để chiết bằng dung môi EtOH ở nhiê ̣t đô ̣ phòng Điều kiê ̣n tối ưu được thiết lâ ̣p là tỉ lê ̣ EtOH/mẫu là 8:1, thời gian siêu âm 30 phút, hiệu suất chiết là 8,8% Chiết FA bằng phương pháp vi sóng được tác giả Zhilan Ziu thực hiê ̣n đối với cây xuyên khung [8], hiê ̣u suất cao nhất thu được FA là 76.19%

Trong những năm gần đây, sử du ̣ng sóng siêu âm trong các quá trình tách chiết cũng như để thúc đẩy các phản ứng hóa ho ̣c xảy ra nhanh hơn là mô ̣t hướng đi

có nhiều triển vo ̣ng và thu hút được sự chú ý của các nhà khoa ho ̣c trên thế giới

Trước đây đã có nhiều nghiên cứu về ứng du ̣ng sóng siêu âm để tăng tốc phản ứng thủ y phân este sử du ̣ng chất xúc tác axit, xúc tác kiềm, kết hợp sử du ̣ng dung môi MeOH nhưng chủ yếu các nghiên cứu tâ ̣p trung vào các hợp chất metyl este và rất ít

các nghiên cứu nào về thủy phân este γ-oryzanol Mô ̣t trong những nguyên nhân có ít nhà khoa ho ̣c chú ý đến phản ứng này là vì bản thân γ-oryzanol đã là mô ̣t chất chống oxy hóa rất hiê ̣u quả, cũng như khả năng làm giảm cholesterol trong máu của

hợp chất này đã được thương ma ̣i hóa thành các thực phẩm chức năng trên thi ̣ trường [5]

Một số nhà khoa học trên thế giới đã trình bày phương pháp tách trực tiếp oryzanol từ soapstock bằng dung môi (hình 1.3), hoặc tách γ-oryzanol từ phần còn lại của soapstock sau khi chưng cất để thu hồi các axit béo bằng phương pháp chiết bằng dung dịch lỏng siêu tới hạn [17]

γ-Phương pháp chiết γ-oryzanol bằng phương pháp dung môi thông thường không cho hiệu suất cao, trong khi đó chi phí của quá trình chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn lại đắt đỏ Vì vâ ̣y, cần phải nghiên cứu tìm ra mô ̣t phương pháp có hiê ̣u suất

cao vớ i chi phí vừa phải Phương pháp chiết kết hợp với sử du ̣ng sóng siêu âm là

một phương pháp đem la ̣i hiê ̣u quả cao, chi phí thấp, là mô ̣t phương pháp hứa he ̣n

sẽ thay thế các phương pháp cũ trong tương lai

Tại Viê ̣t Nam, đã có một vài đề tài nghiên cứu được coi là tiền đề cho việc điều chế FA từ các sản phẩm phụ có chứa γ-oryzanol, ví dụ như dầu kiềm thải (soapstock) – một sản phẩm phụ của ngành chế biến dầu cám gạo Đó là đề tài:

“Thủy phân gamma oryzanol bằng phương pháp đồng dung môi và phân tích đồng thời các sản phẩm của phản ứng bằng phương pháp sắc ký lỏng cao áp”

1.3 Các ứng dụng của axit ferulic

1.3.1 Tác nhân chống oxy hóa

Giống như nhiều phenol khác, FA cũng thể hiện các hoạt tính chống oxy hóa bằng cách nhường một nguyên tử hydro từ nhóm phenolic hydroxyl của nó [1] Điều này được chứng minh bằng một thí nghiệm với loài chuột bị phù nề chân, kết quả cho thấy hoạt tính kháng viêm mạnh của FA [6] Ngoài ra, thí nghiệm còn cho thấy khả năng chống oxy hóa của axit phenolic là tương đương với Lecithin Sự ổn định tính cộng hưởng trong phân tử FA là nguyên nhân chính về tính chất chống oxy hóa của nó

1.3.2 Tác nhân chống lão hóa và bệnh đái tháo đường

Bệnh tiểu đường, rối loạn nội tiết phổ biến nhất ở con người được biểu hiện bởi sự gia tăng đường huyết, khi các gốc tự do được sinh ra liên tục và sự mất cân bằng giữa pro – oxy hóa và chất chống oxy hóa [1] Điều này được giải thích là do

sự có mặt của streptozotocin sinh ra các gốc tự do – nguyên nhân chính của bệnh tiểu đường

FA giúp trung hòa các gốc tự do hiện diện trong tuyến tụy, do đó FA có tác dụng làm giảm độc tính của streptozotocin Việc làm giảm độc tính này có thể giúp các tế bào β sinh sản thêm insulin trong tuyến tụy, làm tăng việc sử dụng glucose từ các mô gan, từ đó làm giảm nồng độ glucose trong máu [8]

1.3.3 Tác nhân ngăn ngừa sự đổi màu lương thực

FA đã được sử dụng để duy trì màu sắc của đậu xanh, ngăn chặn sự đổi màu của trà xanh, và quá trình oxy hóa của chuối chuyển sang màu đen, nghĩa là FA có tác dụng làm giảm tính nhiễm khuẩn [10]

1.3.4 FA là tiền thân của vanillin

Trong những năm qua, sự xuất hiện của vanilin có ý nghĩa rất lớn trong thị trường hương vị Nó được sử dụng như một chất gia vị trong thực phẩm, đồ uống, dược phẩm và các ngành công nghiệp khác

Vanillin cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp nước hoa cho việc tạo ra chất lượng tốt của nước hoa, trong các sản phẩm làm sạch, trong thức ăn chăn nuôi

và dược phẩm để giảm các mùi khó chịu hay mùi vị của thuốc Sinh tổng hợp vanillin từ FA (hình 1.4) được thực hiện bằng việc chuyển đổi của FA vào feruloyl SCoA (giảm feruloyl coenzym A) sử dụng ATP (adenosine triphosphate) và CoASH (giảm coenzym A) Loại bỏ nước và CH3COSCoA (giảm acetyl coenzyme A) phân tử chuyển đổi feruloyl SCoA cuối cùng vào vanillin

Ngoài các chức năng trên, vanilin còn được sử dụng trong việc pha dung dịch thuốc hiện màu, sử dụng trong việc chạy sắc ký bản mỏng

Hình 1.4 Sơ đồ sinh tổng hợp vanillin từ FA

(Nguồn internet)

1.3.5 Sử dụng axit ferulic trong mỹ phẩm

FA là một chất có khả năng chống tia UV mạnh, FA ức chế sự hình thành melanin thông qua ức chế cạnh tranh với Tyrosine Nó có khả năng bảo vệ làn da chống lại các tia cực tím, tia bức xạ năng lượng mặt trời Khi FA kết hợp với vitamin E và vitamin C thì nó tăng khả năng bảo vệ da lên khoảng 4 – 8 lần, hàm lượng hỗn hợp trong một thí nghiệm được báo cáo là FA (0.5%), vitamin E (1%) và vitamin C (15%) [8]

1.3.6 Tác nhân chống ung thư

FA có tác dụng kích thích các enzyme có lợi, tăng cường các gen UGT enzyme (UDP-glucuronosyltransferases) hoạt động mạnh trong gan, do đó phân giải tốt các hợp chất gây ung thư, vì vậy phòng ngừa được ung thư đường tiêu hóa [5] Gen UGT xúc tác liên hợp cho các hợp chất ngoại sinh và nội sinh với acid glucuronic, tăng cường độ hòa tan trong nước tạo điều kiện cho sự bài tiết qua mật

và nước tiểu [7] FA cũng ức chế sự tăng trưởng của tế bào ung thư ruột kết, tế bào ung thư vú [11] Ngoài ra, FA còn giảm tác dụng phụ của hóa trị và xạ trị của ung thư bằng cách tăng phòng thủ miễn dịch tự nhiên [9]

1.3.7 Tác dụng bảo vệ phổi và tim mạch

Nicotine là một trong những hợp chất độc hại chính của khói thuốc lá Nó gây

ra các tổn thương tế bào do các quá trình oxy hóa làm tăng peroxid hóa lipid, khi có mặt của FA thì một số phản ứng ngược lại với quá trình oxy được thiết lập FA gây

ra một sự gia tăng đáng kể các chất chống oxy hóa nội sinh, bảo vệ các tế bào khỏi

bị hư hại do quá trình oxy hóa FA bảo vệ màng bằng cách dập tắt các gốc tự do tấn công màng Nó cũng ức chế sự rò rỉ của các enzyme có hại, có tác dụng điều hòa huyết áp [14] Các nghiên cứu cũng cho thấy rằng muối natri của FA giảm lipid trong máu, ức chế kết tập tiểu cầu và ngăn ngừa sự hình thành huyết khối [16]

1.4 Dầu kiềm thải soapstock – nguyên liệu điều chế axit ferulic

Dầu kiềm thải soapstock là mô ̣t loa ̣i sản phẩm phu ̣ được thải ra có hàm lượng γ-oryzanol cao Không chỉ riêng dầu cám ga ̣o, mà trong tất cả các quy trình sản xuất

dầu thực vâ ̣t trên thế giới như dầu đâ ̣u nành, dầu hướng dương, dầu mè,…đều có sản phẩm phụ soapstock, mô ̣t sản phẩm phu ̣ có hàm lượng lớn các hợp chất có giá trị, việc tối ưu hóa các điều kiện tách chiết các hợp chất có giá trị này với chi phí thấp sẽ mang lại lợi ích kinh tế không nhỏ cho ngành công nghiệp sản xuất dầu ăn [10]

Trong đề tài này tập trung nghiên cứu về soapstock của dầu cám gạo với một hàm lượng không nhỏ γ-oryzanol

Hi ̀nh 1.5 Công thức cấu ta ̣o các hơ ̣p chất của γ-oryzanol

Dầu cám gạo thường được trích ly từ cám gạo bằng dung môi n-hexan (dùng loại dung môi đạt tiêu chuẩn thực phẩm) hoặc bằng phương pháp sử dụng chất lỏng siêu tới hạn Dầu cám gạo thô thu được sau quá trình trích ly được tinh chế bằng phương pháp vật lý hoặc phương pháp hóa học, trong đó phương pháp hóa học thường cho sản phẩm dầu tinh có màu sắc đẹp mắt và độ đục thấp hơn, tuy nhiên phần lớn các hợp chất có giá trị như γ-oryzanol, vitamin E, axit ferulic, axit phytic,…thường bị mất mát trong quá trình tinh chế; thay vì trở thành thành phần dinh dưỡng quý giá trong dầu cám gạo thì các hợp chất này lại nằm trong các sản phẩm phụ của nhà máy, trong đó hàm lượng γ-oryzanol cao nhất được tìm thấy trong dầu kiềm thải soapstock

Ảnh hưởng của các quá trình khác nhau trong quy trình tinh chế dầu cám gạo đến hàm lượng γ-oryzanol trong dầu cám được nghiên cứu bởi tác giả Krishna [2], theo đó 93.0 – 94.6% γ-oryzanol trong dầu cám gạo bị mất đi vào soapstock, dẫn đến sự mất mát các hợp chất có giá trị trong dầu cám gạo Do vậy, việc thu hồi lại hàm lượng γ-oryzanol từ soapstock hoặc thủy phân nó để điều chế FA là nghiên cứu rất cần thiết

Xét về mă ̣t cấu trúc thì γ-oryzanol là mô ̣t hợp chất rất khó bi ̣ thủy phân do các nhó m thế da ̣ng cholesterol là nhóm thế lớn (hình 1.5), gây nên hiê ̣u ứng không gian,

một mă ̣t cản trở các tác nhân hóa ho ̣c tấn công nhóm chức este, mă ̣t khác hiê ̣u ứng

không gian sẽ làm mất tính phẳng trong hê ̣ liên hợp, do đó phản ứng thủy phân

γ-oryzanol không tuân theo tỷ lê ̣ hợp thức trên trên lý thuyết

Phản ứng thủ y phân của γ-oryzanol diễn ra với tác nhân phản ứng là kiềm xảy