Tối ưu hóa quy trình chiết tách, đề xuất quy trình công nghệ thu nhận dịch chiết axit hidroxycitric từ vỏ quả bứa khô với quy mô 10 kg nguyên liệumẻ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG LÊ THỊ TUYẾT ANH TỐI ƢU HÓA QUY TRÌNH CHIẾT TÁCH, ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ THU NHẬN DỊCH CHIẾT AXIT HIDROXYCITRIC TỪ VỎ QUẢ BỨA KHÔ VỚI QUY M

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

LÊ THỊ TUYẾT ANH

TỐI ƢU HÓA QUY TRÌNH CHIẾT TÁCH, ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ THU NHẬN DỊCH CHIẾT AXIT HIDROXYCITRIC TỪ VỎ QUẢ BỨA KHÔ VỚI

QUY MÔ 10 KG NGUYÊN LIỆU/MẺ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Đà Nẵng - Năm 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

LÊ THỊ TUYẾT ANH

TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH CHIẾT TÁCH, ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ THU NHẬN DỊCH CHIẾT AXIT HIDROXYCITRIC TỪ VỎ QUẢ BỨA KHÔ VỚI

QUY MÔ 10 KG NGUYÊN LIỆU/MẺ

Chuyên ngành : Hóa hữu cơ

Mã số: 60 44 27

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS ĐÀO HÙNG CƯỜNG

Đà Nẵng, Năm 2013

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

LÊ THỊ TUYẾT ANH

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Đối tượng nghiên cứu 3

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Bố cục đề tài 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

1.1 ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ CỦA CÂY BỨA 5

1.1.1 Bứa 5

1.1.2 Bứa mọi 6

1.1.3 Bứa mủ vàng 6

1.1.4 Bứa nhà 7

1.2 NGUỒN GỐC (-)-HCA 8

1.3 HÓA HỌC CỦA (-)-HCA 9

1.3.1 Sự khám phá (-)-HCA 9

1.3.2 Tác dụng của HCA 11

1.3.3 Một vài lo ngại về (-) HCA 12

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

2.1 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 14

2.2 SƠ ĐỒ QUI TRÌNH THỰC NGHIỆM 15

2.3 NGUYÊN LIỆU 16

2.3.1 Cây bứa 16

2.3.2 Thu nguyên liệu 16

2.3.3 Xử lý nguyên liệu 16

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

2.4.1 Xác định độ ẩm của nguyên liệu 17

2.4.2 Xác định độ nhớt, tỉ trọng, nhiệt độ sôi, nồng độ chất khô của dịch chiết 17

2.4.3 Nấu nguyên liệu với dung môi nước để thu dịch chiết axit 19

2.4.4 Chuẩn độ tổng lượng axit tổng thu được bằng phương pháp chuẩn độ axit- bazơ 20

2.4.5 Phương pháp Biure: Xác định hàm lượng protein tổng số có trong dịch chiết 20

2.4.6 Phương pháp oxi hóa – khử: Xác định hàm lượng axit khử và hàm lượng đường tổng có trong dịch chiết 21

2.4.7 Định lượng Pectin bằng phương pháp Canxi pectat 22

2.4.8 Phương pháp phân tích công cụ 23

2.4.9 Phương pháp toán học 24

2.4.10 Phương pháp tổng hợp muối Canxi của HCA 25

2.4.11 Phương pháp phân tích vi sinh vật 25

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26

3.1 PHÂN TÍCH, TỐI ƯU HÓA VÀI THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ 26

3.1.1 Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, tối ưu hóa công đoạn nấu nguyên liệu với dung môi nước 26 3.1.2 Tối ưu hóa công đoạn tẩy màu dịch chiết

trước khi tách loại pectin 36

3.1.3 Tối ưu công đoạn tách Pectin từ dịch chiết 40

3.1.4 Tối ưu công đoạn tẩy màu dịch chiết sau khi loại pectin và cô đặc 41

3.1.5 Đề xuất quy trình công nghệ tối ưu chiết tách HCA từ vỏ quả bứa khô tại phòng thí nghiệm 44

3.1.6 Ứng dụng dịch chiết thu nhận được để tạo muối HCCa 44

3.2 XÁC ĐỊNH MỘT VÀI THÔNG SỐ VẬT LÝ VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CÓ TRONG NGUYÊN LIỆU VÀ DỊCH CHIẾT 49

3.3 PHÂN TÍCH, ĐỀ XUẤT THIẾT BỊ CHO QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ THU NHẬN DỊCH CHIẾT HCA TỪ VỎ QUẢ BỨA KHÔ VỚI QUY MÔ LỚN - TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MỘT SỐ CÔNG ĐOẠN CHÍNH TRONG QTCT VỚI QUY MÔ 10KG NGUYÊN LIỆU/MẺ 52

3.3.1 Sơ đồ công nghệ 52

3.3.2 Cân bằng vật chất 52

3.3.3 Thu nhận, bảo quản, làm sạch, nghiền nguyên liệu 55

3.3.4 Nấu nguyên liệu 57

3.3.5 Lọc bã 60

3.3.6 Kết tủa pectin từ dịch chiết 62

3.3.7 Tách loại kết tủa pectin 63

3.3.8 Cô đặc dịch chiết và thu hồi C2H5OH 65

3.3.9 Tẩy màu 67

3.3.10 Tách loại than sau công đoạn tẩy màu 70

3.3.11 Tạo muối HCCa 70

3.3.12 Nồi hơi 73

3.4 CHẠY THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ 74

3.4.1 Lựa chọn thiết bị cho qui mô đề tài 74

3.4.2 Chạy thử nghiệm 75

3.5 TÍNH KINH TẾ CHO SẢN PHẨM NGHIÊN CỨU 78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)

PHỤ LỤC

DANG MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AAS Quang phổ hấp phụ nguyên tử

CN Nồng độ đương lượng

HCA Axit hydroxylcitric

HCCa Muối Canxihydoxycitrat

DANH MỤC CÁC BẢNG

3.1 Bảng phân loại kích thước hạt nghiền 27

3.2 Nồng độ axit tổng thu được trong dịch chiết theo thời

3.3 Bảng phương án và điều kiện tổ chức thí nghiệm 30 3.4 Bảng ma trận thực nghiệm trực giao cấp I 31

3.6 Giá trị hàm mục tiêu tại các điểm thực nghiệm 33 3.7 Thông số kỹ thuật của than hoạt tính 36 3.8 Kết quả tẩy màu dịch chiết tại to

3.14 Kết quả tẩy màu dịch chiết theo các chế độ khác nhau 42

3.15 So sánh lượng than cần thiết cho việc tẩy màu dịch chiết

3.16 Kết quả xác định thành phần kim loại trong sản phẩm

3.17 Kết quả chỉ tiêu vi sinh của mẫu muối HCCa 49

3.18 Kết quả xác định độ ẩm trong vỏ quả bứa sấy khô

50

3.19 Kết quả xác định khối lượng riêng của nguyên liệu bột

3.20 Bảng tổng kết một số thông số vật lý và thành phần hóa

3.21 Mức tiêu hao nguyên liệu qua từng công đoạn 52 3.22 Bảng cân bằng vật chất tính cho 10kg nguyên liệu 54 3.23 Bảng thông số kỹ thuật của một số loại nồi nấu 2 vỏ 58 3.24 Bảng tổng kết một số thiết bị chính 74

3.25 Một vài thông số vật lý và hóa lý dịch chiết HCA sản

3.26 Bảng chi phí nguyên vật liệu cho 1 mẻ sản xuất 78 3.27 Tham khảo giávài sản phẩm giảm béo trên thị trường 79

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

1.4 Công thức cấu tạo của (-)-HCA và lacton (-)-HCA 9 1.5 Cấu trúc các dẫn xuất của axit hyđroxy xitric 11

2.9 Mẫu trống và mẫu phân tích hàm lƣợng protein 21

3.1 Đồ thị biểu diễn lƣợng axit tổng thu đƣợc theo tỉ lệ R/L 26 3.2 Đồ thị biểu diễn lƣợng axit tổng thu đƣợc theo thời gian

nấu nguyên liệu

28 3.3 Sự phụ thuộc giữa A của dịch chiết và lƣợng than sử

dụng

39 3.4 Sự phụ thuộc giữa A của dịch chiết sau công đoạn tẩy

màu vào lƣợng than sử dụng

43 3.5 Sơ đồ công nghệ công nghệ tối ƣu chiết tách axit HCA

từ vỏ quả Bứa khô tại phòng thí nghiệm

45

3.7 Sắc kí đồ muối canxi hydroxycitrat chuẩn 47 3.8 Sắc kí đồ muối canxi hydroxycitrat sau khi tinh chế 47

3.10 Cấu tạo thiết bị quạt sàng phân loại và làm sạch 56

3.12 Máy nghiền búa SUS304 57

3.22 Thiết bị chƣng cất kiểu tuần hoàn 66 3.23 Sơ đồ chƣng đơn giản 67

3.28 Nồi trung hòa – giữ nhiệt có bộ đảo trộn 71

3.33 Nguyên liệu, bán thành phẩm, thành phẩm qua các

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Béo phì đã trở thành một bệnh khá phổ biến ở nhiều nước trên thế giới Hiện nay, số người mắc béo phì trên toàn cầu đã vượt quá 250 triệu, chiếm 7% dân số người trưởng thành trên thế giới và đang là mối đe dọa nghiêm trọng đến sức khoẻ và tuổi thọ

Bệnh béo phì có thể dẫn đến các hậu quả sau:

- Bệnh tim: Mỡ bọc lấy tim, làm cho tim khó co bóp Mỡ cũng làm hẹp

mạch vành, cản trở máu đến nuôi tim, gây nhồi máu cơ tim

- Rối loạn lipid máu: Béo phì làm tăng nồng độ triglycerid và

LDL-cholesterol, làm giảm nồng độ HDL-cholesterol trong máu

- Tiểu đường: Béo phì toàn thân và béo bụng là yếu tố nguy cơ cho tiểu

đường type 2

- Giảm khả năng sinh sản: Ở người béo phì, mô mỡ làm rối loạn buồng

trứng, chất lượng trứng kém, rối loạn kinh nguyệt…

- Bệnh đường tiêu hoá: Người béo phì dễ bị bệnh túi mật, có bất thường

về gan, gan nhiễm mỡ, ruột nhiễm mỡ, nhu động ruột giảm (gây đầy hơi, táo bón); hệ mạch ở ruột bị cản trở, gây trĩ

- Tăng viêm xương khớp, tăng huyết áp, đột quỵ, giảm chức năng hô hấp, ung thư…

Những nguyên nhân dẫn tới tình trạng béo phì có thể kể đến là: Ngủ quá

ít, ô nhiễm môi trường, điều hòa không khí, thuốc men, tuổi thọ và chủng tộc, virus gây béo phì, tình trạng suy dinh dưỡng khi còn nhỏ, ít sử dụng các sản phẩm sữa, những hormone từ ngành nông nghiệp biến đổi gien

Cây bứa – tên khoa học là Garcinia oblongifolia Champ Ex Benth,

thuộc họ bứa và chi bứa Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về cây bứa bao gồm các lĩnh vực:

do không bền, dễ chuyển hóa thành dạng lacton, bền nhưng kém hoạt động

Ở Việt Nam, cây bứa tương đối dễ trồng, phát triển tốt, cho năng suất cao và có mặt ở hầu hết các địa bàn trong cả nước, nhất là những vùng rừng núi phía Bắc: Hà Tuyên, Vĩnh Phú ; miền Trung : Quảng Nam - Đà Nẵng ; Tây Nguyên

Vậy cho đến nay, đã có các nghiên cứu cơ bản về thành phần, tính chất, khả năng ứng dụng các hợp chất hóa học có trong cây bứa, đặc biệt là nghiên cứu hoạt tính sinh học lý thú của axit (-)-hydroxycitric (HCA) và lacton làm hoạt chất sản xuất thực phẩm chức năng giảm béo.Tuy nhiên ở nước ta chưa

có một công trình nghiên cứu chiết tách HCA với quy mô công nghiệp nên rất khó khăn cho việc triển khai ứng dụng vào thực tiễn Để đáp ứng yêu cầu này, trên cơ sở của quy trình nghiên cứu chiết tách HCA từ vỏ quả bứa quy mô phòng thí nghiệm, chúng tôi nghiên cứu xây dựng QTCT với quy mô 10kg nguyên liệu/mẻ Đây là vấn đề cần nghiên cứu nhằm góp phần quy hoạch, khai thác, chế biến và ứng dụng các sản phẩm của cây bứa một cách có hiệu quả, khoa học hơn

3

Với lý do trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu với nội dung “Tối ưu

hóa quy trình chiết tách, đề xuất quy trình công nghệ thu nhận dịch chiết axit hidroxycitric từ vỏ quả Bứa khô với quy mô 10 kg nguyên liệu/mẻ”

2.3 Phân tích, lựa chọn thiết bị với mô hình sản xuất lớn

2.4 Tính toán, đề xuất, lựa chọn thiết bị cho quá trình công nghệ thu nhận dịch chiết axit HCA từ vỏ quả Bứa khô quy mô 10kg nguyên liệu/mẻ

3 Đối tượng nghiên cứu

Vỏ quả của cây bứa (Garcinia oblongifolia Champ Ex Benth.)

4 Phương pháp nghiên cứu

* Nghiên cứu lý thuyết

- Thu thập các thông tin tài liệu liên quan đến đề tài

- Xử lý các thông tin về lý thuyết để đưa ra các vấn đề cần thực hiện trong quá trình thực nghiệm

- Cơ sở lý thuyết cho các quá trình:

- Phương pháp phân tích công cụ

Phương pháp sắc ký lỏng cao áp (HPLC), phương pháp AAS, UV-VIS

Chương 1 – TỔNG QUAN (9 trang)

Chương 2 – NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU (12 trang)

Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN (59 trang)

5

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 ĐẶC ĐIỂM, PHÂN BỐ CỦA CÂY BỨA [13]

Cây bứa thuộc họ măng cụt Guttiferae còn gọi họ bứa Clusiaceae thuộc

bộ Chè, có 2 lá mầm thuộc phân lớp Dilleniiae Lá đơn, có khi lá kép; hoa

thường cánh phân; nhiều nhị; đài xếp xoắn ốc sát nhau [3] Thân cây gỗ, có

mủ vàng, cành nhỏ mọc thành nhiều tầng Lá đơn mọc đối, phiến lá dày Hoa thường đơn tính hoặc hoa tạp tính Quả thịt hay quả hạch thường có đài tồn tại

Nơi sống: Cây mọc hoang trong rừng thứ sinh của các tỉnh từ Hà Tuyên,

Vĩnh Phú đến Quảng Nam - Đà Nẵng

Tính vị, tác dụng: Vỏ có tính săn da và hơi đắng, mát, hơi độc, có tác

dụng tiêu viêm, hạ nhiệt, làm săn da, hàn vết thương Lá có vị chua thường được dùng thái nhỏ nấu canh chua Hạt có áo hạt chua, ăn được Vỏ thường dùng trị các bệnh như: Loét dạ dày, loét tá tràng; Viêm dạ dày ruột, kém tiêu hoá; Viêm miệng, bệnh cặn răng; Ho ra máu Dùng ngoài trị bỏng, mụn nhọt, eczema, dị ứng mẫn ngứa Liều dùng 20-30 g dạng thuốc sắc; dùng ngoài giã

vỏ tươi đắp

Một vài đơn thuốc dân gian từ cây bứa:

6

* Viêm dạ dày ruột, kém tiêu hoá: Vỏ cây Bứa sắc đặc cô đặc lấy 50%; hàng ngày uống 30 ml

* Bỏng: Nhựa bứa pha dầu làm thành cao lỏng, bôi ngày 1-2 lần

Hình 1.1 Quả, lá, hoa và cây bứa

1.1.2 Bứa mọi

Bứa mọi - Garcinia harmandii Pierre, thuộc họ bứa - Clusiaceae

Mô tả: Cây gỗ cao 6-10 m, phân nhánh nhiều từ gốc, có vỏ màu vàng Lá thuôn, hình trứng ngược hay hình ngọn giáo ngắn, có mũi nhọn ở đầu, dài 4-

10 cm, rộng 15-30 mm; cuống ngắn Hoa vàng, hầu như không cuống; hoa đực xếp thành nhóm 3-6 hoa, hoa cái đơn độc Quả có đường kính 10-20 mm, màu tía, hơi dẹp giữa các hạt Quả có 2 hạt, có phôi to màu lục Cây ra hoa và

có quả vào tháng 2-3

Nơi sống: Phổ biến ở Nam Việt Nam, Campuchia và Nam Lào Ở nước

ta cây mọc hoang trong rừng từ Khánh Hoà tới Đồng Nai, Tây Ninh

Công dụng: Quả có nạc ngon, mùi thơm, vị ngọt, ăn được Vỏ chát được

nhân dân Campuchia dùng ăn với trầu Người ta phối hợp với nhiều vị thuốc khác trị ỉa chảy

1.1.3 Bứa mủ vàng

Bứa mủ vàng (Hình 1.2) - Garcinia xanthochymus Hook.f.ex J Anderson, thuộc họ bứa – Clusiaceae

Mô tả: Cây gỗ lớn; nhánh non vuông, màu vàng hay nâu Lá có phiến

thuôn, to, dài đến 30 cm, rộng 6-8 cm, dày bóng; gân phụ nhiều, cuống ngắn

7

Hoa ở nách lá già, rộng cỡ 1 cm, cuống 2 cm; hoa đực có 5 lá đài, 5 cánh hoa trắng, cao 8mm; 5 bó nhị mà mỗi bó có 3-5 bao phấn, có nhuỵ lép; hoa cái có bao hoa như hoa đực, nhị lép, bầu 5 ô Quả tròn, to 9cm; hạt 1-5

Nơi sống: Loài này phân bố ở Ấn Độ, Nêpan, Trung Quốc và Việt Nam

Ở nước ta, cây mọc ở rừng miền Nam

Tính vị, tác dụng: Lá, thân, mủ có vị đắng, chua, tính mát; có tác dụng sát trùng Quả giải nhiệt, lợi mật, Ở Ấn Độ, quả được dùng như quả loài Garcinia indica Chois làm thuốc chống bệnh scorbut Ở Trung Quốc, để trị đỉa vào mũi, người ta lấy mủ tươi với liều lượng thích hợp nhỏ vào xoang mũi, đỉa sẽ bò ra

đỏ bao quanh hạt Loại bứa này ra hoa vào tháng 4-5

Nơi sống và thu hái: Cây mọc chủ yếu ở rừng thưa, phổ biến từ Quảng

Trị trở vào Thu hái vỏ, lá quanh năm

Hình 1.3 Cây, quả bứa nhà

Ngoài ra còn có một số loài bứa khác sau đây:

- Tai chua : Cây mọc hoang tại nhiều khu rừng miền Bắc nước ta, nhiều

nhất ở Phú Thọ, Yên Bái, Lào Cai, Hoà Bình, Tuyên Quang, Hà Giang,

- Garcinia cambogia: Cây bứa thường tìm thấy tại các cánh rừng thường

xanh phía tây Ghats, từ Phía nam của Konkan đến Travancore Ấn Độ, và

trong rừng Shola của Nilgiris Hạt của Garcinia cambogia chứa 31% dầu béo

và có thể ăn được

- Garcinia indica: Cây bứa này tìm thấy tại vùng nhiệt đới của Western

Ghats, từ phía nam Konkan đến Mysore, Coorg, và Wynaad Ấn Độ

- Garcinia atroViridis: Tại Malay-Ấn Độ, vỏ quả được phơi khô làm gia

vị để nấu cari, sử dụng làm gia vị kho cá Quả này cũng được sử dụng làm thuốc nhuộm tơ lụa Nước sắc từ quả và rễ được sử dụng để chữa bệnh đau

tai

1.2 NGUỒN GỐC (-)-HCA [15]

(-)-HCA được tìm thấy trong vỏ quả của một vài loài bứa, bao gồm tai

chua (G cowa), G cambogia, G indica, và G atroViridis Các loài này mọc

nhiều tại lục địa Ấn độ và phía tây Sri Lanka [16]

9

1.3 HÓA HỌC CỦA (-)-HCA [13][18]

1.3.1 Sự khám phá (-)-HCA

- Vỏ quả G cambogia sấy khô được sử dụng rộng rải khắp vùng biển

phía đông Ấn độ với mục đích nấu nướng và trong thương mại sử dụng để

muối cá Axit hữu cơ này đã được xác định nhầm là axit me và axit chanh, tuy

nhiên đã có sự khác biệt nhỏ giá trị của Rf trong các hệ dung môi

- Lewis và Neelakantan đã chiết axit chủ yếu trong vỏ quả G cambogia

và xác định nó như (-)-HCA là hoá chất chính Hai vạch sắc ký đã được xem

như là axit hydroxy xitric và lacton của nó (Hình 1.4)

Axit (-)-hydroxycitric Axit (-)-hydroxycitric lacton

Hình 1.4 Công thức cấu tạo của (-)-HCA và lacton (-)-HCA

a Chiết tách

- Lewis và Neelakantan đã chiết tách một tỷ lệ lớn (-)-HCA từ vỏ quả G

cambogia khô với phương pháp:

+ Nguyên liệu thô được nấu nước dưới áp suất (10 psi (lb/in.2) trong thời

gian 15 phút) Dịch chiết được cô đặc

+ Loại pectin bằng cách tạo kết tủa trong dung môi rượu

+ Trung hoà dịch lọc bằng kiềm và cho qua cột nhựa trao đổi cation để

khôi phục lại axit

+ Cô đặc dịch và sấy Khối lượng thô sau khi sấy được chiết với ête và

kết tinh lại để thu được lượng nhỏ tinh thể hình kim của lacton

- Lewis đã báo cáo một phương pháp nữa dùng để chiết tách (-)-HCA từ

10

G cambogia bằng cách sử dụng axeton Dịch chiết bằng axeton được cô đặc

và axit được hoà tan trong nước Sau khi cho bay hơi nước dung dịch hoà tan thu được sản phẩm lacton

- Moffett và những cộng sự đã phát triển quá trình chiết tách (-)-HCA

bằng nước từ vỏ Garcinia:

+ Dịch chiết được cho qua cột trao đổi anion để hấp phụ (-)- HCA

+ Rửa cột với natri/kali hiđroxit để thu (-)-HCA Dịch chiết được cho qua cột trao đổi cation để thu sản phẩm axit tự do

Guthrie và Kierstead, Moffett và những cộng sự đã báo cáo dịch cô đặc

từ vỏ Garcinia chứa 23-54% (-)- HCA và 6-20% lacton

b Tính chất của (-)-HCA

Mô tả các đặc trưng cơ bản và tính chất của HCA được tóm tắt trong bảng 1.1 13

Bảng 1.1 Mô tả các đặc điểm của HCA

Họ thực vật Họ bứa (họ măng cụt), Guttiferae

Các tên gọi khác nhau Axit (-)-Hydroxy xitric; axit 1,2-di

hydroxy-1,2,3-propan tri cacboxylic; axit Garcinia; axit 1,2-di hydroxy propan-1,2,3-tri cacboxylic

Công thức phân tử C6H8O8 [(-)-HCA]

Khối lượng phân tử 208 [(-)-HCA]

Trạng thái vật lý Bột, không sơ sợi

11

c Định lượng (-)-HCA

- Lowenstein và Brunengraber đã xác định lượng (-)-HCA chứa trong

quả G cambogia bằng phương pháp sắt ký khí (GC) (-)-HCA có khuynh

hướng bị lacton hoá sẽ gây khó khăn cho việc phân tích Từ các lý do này, chúng ta không thể đánh giá định lượng được (-)-HCA tự do

- Gần đây, Jayaprakasha và Sakariah đã phát triển phương pháp sắc ký

lỏng cao áp (HPLC) để xác định axit hữu cơ trong quả của G cambogia và mẫu chiết từ lá, vỏ quả của G indica

d Dẫn xuất của axit Hydroxy xitric

Axit (-)-HCA dễ bị lacton hoá trong quá trình hoá hơi và cô đặc Dẫn xuất bền của axit (-)-HCA là: lacton, este, muối natri, kali và canxi của (-)-HCA

Axit (-)-HCA tự do có thể thu được dễ dàng từ mẫu chiết thương mại của

G cambogia, bằng cách cho dung dịch muối caxi hoà tan trong nước đi qua

cột trao đổi cation Cấu trúc của vài muối HCA được thể hiện ở hình 1.5

C COONa HO

C H

12

- Không những giúp giảm cân, HCA còn cải thiện giảm các loại mỡ xấu cho sức khỏe như tryglycerid, LDL cholesterol, cholesterol toàn phần và tăng HDL cholesterol là loại mỡ có tác dụng bảo vệ thành mạch

- HCA làm gia tăng nồng độ Serotonin, một chất dẫn truyền thần kinh chính yếu có vai trò kiểm soát sự thèm ăn và cảm xúc

- HCA làm gia tăng quá trình tổng hợp glycogen và tăng độ oxy hóa, đốt cháy mỡ thừa Ở người dùng HCA, lượng đường thừa trong cơ thể sẽ không chuyển sang dạng mỡ dự trữ mà sẽ được tổng hợp thành glycogen dự trữ tại gan và cơ

* Những phương thức hiệu quả để giảm việc hấp thụ thức ăn:

Rao và Sakariah nghiên cứu được sự giảm sút trong việc thèm ăn của chuột khi được cho ăn (-)-HCA là do ảnh hưởng đặc biệt của (-)-HCA khi vào

cơ thể chứ không phải do sự thay đổi mùi vị thức ăn

Panksepp đã kết luận rằng (-)-HCA sẽ chỉ làm giảm lượng thức ăn hấp thụ trong vòng 1 giờ sau khi được cho sử dụng thuốc (muối (-)-HCA) (-)-HCA được cho là chất kiềm chế sự tổng hợp axit béo và cholesterol

Tập thể dục sau khi hấp thụ (tốt nhất là vào buổi sáng, lúc nhịn HCA và cartitine sẽ đạt kết quả nhất; Chế độ ăn kiêng phải điều độ và kéo dài

ăn);(-)-1.3.3 Một vài lo ngại về (-) HCA [13]

- Những nghiên cứu trên động vật đã chỉ ra rằng HCA không độc hại hơn bản thân axit xitric, chất có mặt trong hầu hết các thức ăn HCA cũng là một thành phần của sản phẩm tự nhiên, các sản phẩm đã được sử dụng ở Ấn Độ trong việc nấu nướng cũng như dùng làm thuốc

- Clouatre và Rosenbaum đã chỉ ra rằng HCA có độc tính thấp, với liều lượng 5000 mg/kg trọng lượng cơ thể của (-)-HCA không hề dẫn đến chết người hay các triệu chứng ngộ độc rõ ràng trong các con vật được thí nghiệm Điều này cũng tương đương 350g hay 223 lần liều lượng của 1,5 g/ngày của

13

(-)-HCA, liều lượng tiêu thụ bởi một người bình thường

Sullivan và các đồng sự đã chỉ ra rằng ảnh hưởng của (-)-HCA lớn nhất

là khi được cho vào bữa ăn trước từ 30 đến 60 phút Trong dự thảo giảm cân đầu tiên, liều lượng (-)-HCA của người xê dịch trong khoảng 750 đến 1500 mg/ngày là mức thấp hơn liều lượng trong phòng thí nghiệm tương ứng được thiết lập bởi Sullivan và các đồng sự

- Tuy nhiên, (-)-HCA cũng giống bất kỳ sản phẩm ăn kiêng nào, không được khuyến cáo cho những nhóm người nhất định (-)-HCA có ảnh hưởng lên sự sản xuất axit béo và cholesterol của cơ thể vì vậy những người phụ nữ

có thai hoặc cho con bú cũng nên tránh sử dụng HCA Mặc dù nguồn HCA từ trái cây nên không nguy hiểm cho trẻ em, nhưng trẻ em cũng được khuyến cáo không sử dụng (-)-HCA trong một thời gian dài

(-)-Rất nhiều nhà nghiên cứu cho rằng (-)-HCA có thể có một vài ảnh hưởng lên sự nhạy cảm isulin có thể dẫn đến đái tháo đường loại 2

- Máy sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC, máy cô quay chân không, máy đo

quang UV-VIS, máy AAS (Phòng Thí nghiệm khoa Hóa, Đại học sư phạm – Đại học Đà nẵng)

- Tủ sấy, lò nung, cân phân tích, cốc thuỷ tinh, bình tam giác, giấy lọc, phễu chiết, nồi áp suất, bình hút ẩm, buret, pipet, phễu lọc chân không, bếp điện…

- Máy đo độ nhớt, khúc xạ kế, bình xác định tỉ trọng (Phòng Thí nghiệm Hóa dầu, khoa Hóa – Đại học bách khoa – Đại học Đà Nẵng)

- Môi trường nuôi cấy Vi sinh vật

- Chất chuẩn Alhumin, HCCa

- Nước cất, than hoạt tính (Trung Quốc), cồn 960, cồn tuyệt đối…

15

2.2 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM

Quy trình thực nghiệm được thể hiện như sơ đồ hình 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình thực nghiệm

Vỏ quả bứa tươi

Nguyên liệu

Nấu với dung môi nước

Khảo sát tổng lượng axit theo thời gian chưng ninh

Khảo sát tổng lượng axit theo tỉ lệ R/L

Khảo sát chất lượng tẩy màu theo lượng C

Khảo sát chất lượng tẩy màu theo nhiệt

Cất cô quay chân không

Dịch chiết axit cô đặc 4

Hình 2.2 Cây và quả bứa

2.3.2 Thu nguyên liệu

Quả Bứa đƣợc thu hái vào khoảng tháng 10 – 12 Chọn các quả chín có

vỏ màu vàng, mềm, dùng dao để tách lấy vỏ

17

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.4.1 Xác định độ ẩm của nguyên liệu

- Lấy cốc thủy tinh sạch và sấy đến khối lượng không đổi, mc g Cân

chính xác trong khoảng 10g vỏ quả bứa khô cho vào cốc thuỷ tinh trên, mđ g

Sấy cốc thuỷ tinh có chứa vỏ quả bứa ở 80o

C, để nguội trong bình hút ẩm; cân đến khối lượng không đổi trên cân phân tích (hoặc sai số giữa hai lần cân liên

tiếp khoảng 0,005g) thì dừng Giá trị cân lần cuối cùng là ms g

- Tính độ ẩm vỏ quả dựa vào công thức sau:

vào đầu đ Đặt nhớt kế vào bồn dầu của thiết bị đo đã được cài nhiệt độ chuẩn

là 400C Dùng bơm tay cao su đẩy dung dịch từ đầu đ sang nhánh M lên quá

vạch b Sau đó chờ dung dịch chảy đến vạch b thì đồng thời bấm vào đồng hồ

để tính thời gian dung dịch chảy từ vị trí b đến vị trí a

đ

c s

b Xác định tỉ khối của dung dịch

Khối lượng riêng ρ của chất là tỉ lệ của khối lượng (m) đối với thể tích (V) của chất đó:

) / (g cm3V

Tỉ khối tương đối là tỉ lệ giữa khối lượng chất lỏng và nước ở cùng nhiệt

độ được tính theo công thức sau:

b n

b c

m m

m m d







(2.5)

c Xác định nhiệt độ sôi của dung dịch

- Sử dụng nhiệt kế thủy ngân có giá trị đo trên 1000C

- Đun sôi dung dịch và xác định nhiệt độ sôi của dung dịch

19

d Xác định nồng độ chất khô của dịch chiết

Sử dụng dụng cụ đo là khúc xạ kế Nguyên tắc của phương pháp này là khi đi từ môi trường không khí vào môi trường khác (dung dịch cần đo) thì tia sáng sẽ lệch đi một góc gọi là góc khúc xạ Góc khúc xạ này phụ thuộc vào nồng độ chất khô của dung dịch cần phân tích

2.4.3 Nấu nguyên liệu với dung môi nước, thu dịch chiết axit [13]

Cân chính xác trong khoảng 25 g mẫu vỏ quả khô, cho vào cốc thủy tinh 500ml Thêm dung môi nước với tỉ lệ nhất định Thực hiện nấu trong nồi áp suất theo các chế độ về thời gian và nhiệt độ Lọc, tẩy màu dịch chiết bằng than hoạt tính Dịch chiết sau khi xử lý bằng than hoạt tính bị mất màu hoàn toàn Loại pectin trong dịch chiết bằng cách cho petin kết tủa trong etanol, để yên 15 phút để kết tủa hết pectin Lọc bỏ kết tủa, cô đặc đến nồng độ axit xác định và lưu giữ ở 40C trong tủ lạnh để chuẩn độ, kiểm tra bằng HPLC Dịch chiết HCA qua các công đoạn được thể hiện ở hình 2.5, hình 2.6, hình 2.7, và hình 2.8

Dung dịch này được cất giữ trong lọ sẫm màu, đậy bằng nút cao su

- Đường chuẩn và mẫu phân tích được chuẩn bị ở cùng điều kiện: Lấy 2 ml mỗi loại các mẫu chuẩn và mẫu phân tích cho vào các ống nghiệm đã được đánh số theo thứ tự Thêm 8 ml thuốc thử Biure Lắc đều Sau 30 phút đo mật độ quang ở bước sóng 750nm

- Chuẩn bị mẫu trống bằng cách thay 2ml mẫu bằng 2ml nước cất

Hình 2.9 Mẫu trống và mẫu phân tích hàm lượng protein

2.4.6 Phương pháp oxi hóa – khử: Xác định hàm lượng axit khử và

hàm lượng đường tổng có trong dịch chiết [7]

a Xác định tổng lượng axit khử bằng phương pháp gần đúng

Nguyên tắc: Acid có tính khử mạnh được oxi hóa bằng dung dịch I2 Điểm tương đương được xác định bằng chỉ thị dung dịch hồ tinh bột

Kết quả: Hàm lượng axit khử được tính theo công thức:

Axit khử =0,88 *1000(mg/l)

V

n

(2.8)Trong đó: n là số ml dung dich I2 tiêu tốn khi chuẩn độ, ml;

V là số ml dịch mẫu lấy đi phân tích, ml

b Hàm lượng đường tổng

- Nguyên tắc: Dùng axit để thủy phân các đường bột không khử oxy thành đường khử oxy, khử tạp chất bằng dung dịch kali feroxyanua 15%, chì axetat 10% Tiến hành lọc, rửa và loại bỏ kết tủa

* Chú ý: Phản ứng này cần tiến hành ở nhiệt độ thấp, khoảng 0oC vì

ở nhiệt độ cao hơn, iốt sẽ phản ứng với các nhóm chức rượu của các loại

đường khác, ngay cả với các đường không trực tiếp khử oxyt

- Tiến hành: Lấy chính xác 10 ml mẫu cần xác định cho vào bình tam giác Thêm 5ml K4Fe(CN)6 15% và 8ml Pb(CH3COO)2 10% Chưng cách thủy ở 70 ÷ 800

C trong 35 ÷ 40 phút Thêm 5ml Na2SO4 bão hòa để loại Pb(CH3COO)2 dư, để yên 10 phút Lọc, rửa, bỏ kết tủa, thu dịch lọc vào bình tam giác và ngâm trong nước đá để điều chỉnh nhiệt độ 00

C Thêm 3ml NaOH 1N Thêm thể tích Viot (ml) chính xác I2 0.1N và tiếp tục duy trì nhiệt độ 00

2.4.7 Định lượng Pectin bằng phương pháp Canxi pectat [7]

- Tiến hành: Lấy 10 ml dịch chiết cho vào cốc Cho thêm 100ml NaOH 1N Để hỗn hợp trong 7 giờ hoặc qua đêm Thêm 50 ml dung dịch axit axetic

23

0.1N Sau 5 phút thêm 50ml CaCl2 2N, giữ 1 giờ Đun sôi 5 phút và lọc qua giấy lọc băng xanh đã được sấy khô đến khối lượng không đổi (m1) Rửa kết tủa Canxi pectat bằng nước cất nóng cho tới khi không còn ion Cl-

Sau khi rửa xong, đặt giấy lọc có kết tủa vào chén cân và sấy ở 1050C cho tới khối lượng không đổi (m2)

- Kết quả: Hàm lượng Canxi pectat (g): (2.11)

Hàm lượng Pectin (%) =

V

m 0 , 92 100

(2.12) Trong đó : V là thể tích dịch chiết lấy đi phân tích; 0,92 là hệ số tính chuyển đã trừ đi hàm lượng canxi trong kết tủa ( nghĩa là pectin chiếm 92% khối lượng canxi pectat)

2.4.8 Phương pháp phân tích công cụ [14]

a Xác định hàm lượng HCA trong mẫu bằng phương pháp HPLC

- Hệ thống sắc ký lỏng cao áp được sử dụng để nghiên cứu là máy HPLC

AGILENT 1200, Aligent Technologies, 1200 Series và lắp cột sắc kí ZoRBax Eclipse - C18(dimetyl – n – octadecylsilance): 150 mm x 4,6 ID x 5m; 250

mm x 4,6 ID x 5m Quá trình dò được thực hiện bằng đetectơ UV, bước sóng dò tìm là 210nm Chất chuẩn và mẫu được lọc qua Millipore lọc 0,45

m trước khi tiêm vào máy HPLC

- Phương pháp phân tích được xác định qua việc khảo sát các yếu tố ảnh

hưởng như: Dung môi pha động, tốc độ dòng pha động

- Xây dựng đường chuẩn: Chuẩn bị 5 mẫu dung dịch chuẩn chứa 5- 50mg/l HCA tự do Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa nồng độ của

HCA và diện tích pic (trung bình của 3 lần chạy)

- Xác định axit hữu cơ có trong mẫu: Mẫu được chuẩn bị bằng cách pha

loãng theo tỉ lệ 1:100 với nước cất 2 lần Bằng cách áp dụng hệ số pha loãng

và sử dụng đường chuẩn ta xác định được nồng độ của HCA trong mẫu

+ Xác định % protein trong dịch chiết bằng phương pháp Biure

+ Đo màu dịch chiết trước và sau công đoạn tẩy màu

- Cơ sở phương pháp: Dựa trên tính chất hấp thụ bức xạ đơn sắc trong vùng tử ngoại – khả kiến ( UV – VIS ) của các dung dịch chất phân tích

Sự hấp thụ này tuân theo định luật Bugơ – Lambe - Bia:

(2.13)Trong đó: D là mật độ quang của dung dịch chất hấp thụ; ελ là hệ số hấp thụ phân tử của chất hấp thụ với bức xạ đơn sắc có độ dài sóng λ; l là độ dày lớp dung dịch chất hấp thụ ( đo bằng cm ); C là nồng độ chất hấp thụ

c Phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử (AAS)

Cơ sở lý thuyết của phép đo là sự hấp phụ năng lượng (bức xạ đơn sắc) của nguyên tử kim loại tự do ở trạng thái hơi khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố ấy trong môi trường hấp phụ Phương pháp này dùng

để kiểm tra hàm lượng các ion kim loại trong sản phẩm muối HCCa

2.4.9 Phương pháp toán học [11]

a Phương pháp quy hoạch thực nghiệm

- Khảo sát, tìm hiểu khoảng biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng

- Quy hoạch thực nghiệm với các yếu tố ảnh hưởng đến lượng axit HCA thu được từ dịch chiết (hàm mục tiêu) là: Nhiệt độ trích ly; thời gian trích ly;

tỉ lệ R/L; kích thước hạt nghiền của nguyên liệu Chọn phương án qui hoạch trực giao cấp I Tổ chức thí nghệm TYT 2k-p

với 2 mức của các yếu tố; k là số các yếu tố ảnh hưởng

25

b Phương pháp tối ưu hóa thực nghiệm

Sử dụng phần mềm Matlab version để tối ưu hóa thực nghiệm

2.4.10 Phương pháp tổng hợp muối Canxi của HCA [13]

Dịch chiết axit thu ở cuối quy trình được mang đi tạo muối cần có nồng

độ đạt từ 8,5% ÷10% [13]

Trung hòa dịch chiết với Ca(OH)2 đến pH = 6.8 – 7.5

Lọc, rửa để thu nhận kết tủa mịn có màu trắng, vàng nhạt Ngâm và rửa nhiều lần muối với dung dịch cồn 960

Sấy khô ở nhiệt độ 1000C thu được muối Canxi hidroxi xitrat ở dạng bột mịn, màu hơi vàng Tiến hành phân tích mẫu muối trên máy HPLC, AAS, phân tích một số tiêu chuẩn vi sinh

Hình 2.10 Mẫu tạo muối

Tinh chế muối: Muối canxi điều chế dạng thô cần phải được tinh chế để

xác định cấu trúc và sử dụng làm thực phẩm chức năng Quá trình tinh chế muối canxi được thực hiện như sau: Rửa, lọc nhiều lần sản phẩm muối canxi điều chế dạng rắn trong hỗn hợp cồn/ nước với tỷ lệ 6/4 [13]

2.4.11 Phương pháp phân tích vi sinh vật

Kiểm tra các chỉ tiêu vi sinh vật trong thực phẩm rất quan trọng Các chỉ tiêu vi sinh vật được Bộ Y tế quy định là:Tổng số vi khuẩn hiếu khí; E Coli; Tổng số nấm men, nấm mốc

Các chỉ tiêu vi sinh vật trên được dùng để đánh giá chất lượng của mẫu

về vi sinh vật, nguy cơ hư hỏng, thời hạn bảo quản của sản phẩm

26

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 PHÂN TÍCH, TỐI ƯU HÓA MỘT VÀI THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ 3.1.1 Sử dụng phương pháp Quy hoạch thực nghiệm, tối ưu hóa công đoạn nấu nguyên liệu với dung môi nước

a Khảo sát, tìm hiểu miền khảo sát thích hợp các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly HCA trong công đoạn nấu

ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN LƯỢNG AXIT TỔNG THU ĐƯỢC

THEO TỈ LỆ R/L

Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn lượng axit tổng thu được theo tỉ lệ R/L

27

Nhận xét: Theo tài liệu tham khảo [13], tỉ lệ R/L tối ưu là 1/20 Với tỉ lệ

R/L khá cao này sẽ kém hiệu quả khi tính toán thiết bị trong thực tế sản xuất Tuy nhiên với các thí nghiệm trên, chúng tôi sử dụng chế độ vắt kiệt bã đã tạo điều kiện cho lượng axit trích ly được nhiều hơn mặc dù tỉ lệ R/L < 1/20 Từ

đồ thị, chúng tôi chọn khoảng tỉ lệ R/L khảo sát : 1/6 ÷ 1/15

- Ảnh hưởng của kích thước hạt nghiền nguyên liệu

Dựa vào cách phân loại hạt nghiền theo kích thước hạt trước và sau khi nghiền [5] ta có bảng 3.1

Bảng 3.1 Bảng phân loại kích thước hạt nghiền

250÷40

40 ÷ 10

10 ÷ 1

1 ÷ 0.4 0,001

Theo bảng trên, đối với nguyên liệu có kích thước trước khi nghiền là khoảng 20÷30mm chúng ta có thể chọn 2 loại kích thước hạt là nghiền nhỏ

và nghiền mịn

Vậy miền khảo sát của kích thước hạt nghiền nguyên liệu chúng tôi chọn là: 0.4mm ÷ 10mm

- Ảnh hưởng của thời gian nấu nguyên liệu

Qua các tài liệu tham khảo [11], [13], chúng tôi thấy khoảng thời gian nấu nhừ nguyên liệu : 60 ÷ 90 phút

Chúng tôi tiến hành làm 6 thí nghiệm trong cùng điều kiện như sau: Nhiệt độ nấu nguyên liệu: 1000C ; tỉ lệ rắn/lỏng: 10g/200ml; kích thước hạt nghiền nguyên liệu: thô; thời gian nấu nguyên liệu thay đổi từ: 45 ÷ 120 phút Sau đó, vắt kiệt bã, định mức dịch chiết đến cùng một thể tích 250ml Chuẩn

28

độ để xác định CN axit tổng có trong dịch chiết Kết quả khảo sát được biểu diễn ở bảng 3.2 và đồ thị hình 3.2

Bảng 3.2 Nồng độ axit tổng thu được trong dịch chiết

theo thời gian nấu nguyên liệu

CN axit tổng 0,316 0,372 0,426 0,497 0,498 0,496

Nhận xét: Thời gian > 90 phút: Tổng lượng axit thay đổi không đáng kể

và có xu hướng giảm Nguyên nhân có thể là do trong thời gian nấu dài sẽ làm bay hơi một số axit hữu cơ có trong dịch chiết và cũng có thể là do axit hữu

cơ bị phân hủy thành CO2 và H2O; Thời gian<60 phút: Tổng lượng axit thu nhận được thấp là do trong thời gian ngắn, với nhiệt độ 1000C chưa đủ để làm

nhừ, phá vỡ cấu trúc vỏ nguyên liệu

Vậy từ đồ thị, chúng tôi chọn khoảng thời gian khảo sát : 60 ÷ 90 phút

ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN LƯỢNG AXIT TỔNG THU ĐƯỢC

THEO THỜI GIAN NẤU NGUYÊN LIỆU

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn lượng axit tổng thu được

theo thời gian nấu nguyên liệu