Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình tinh chế axit ferulic (fa) thu được từ phản ứng thủy phân dầu kiềm thải của nhà máy trích ly cám gạo

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

VÕ THỊ NGA HUYỀN

NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG

ĐẾN QUÁ TRÌNH TINH CHẾ AXIT FERULIC (FA)

THU ĐƯỢC TỪ PHẢN ỨNG THỦY PHÂN DẦU KIỀM

THẢI CỦA NHÀ MÁY TRÍCH LY CÁM GẠO

Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ

Mã số: 60 44 01 14

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Đà Nẵng – Năm 2017

Công trình được hoàn thành tại

Trường Đại học Sư phạm- Đại học Đà Nẵng

Người hướng dẫn khoa học: TS. GIANG THỊ KIM LIÊN

TS. ĐỖ VĂN MẠNH

Phản biện 1: GS.TS. ĐÀO HÙNG CƯỜNG

Phản biện 2: TS. PHẠM VĂN VƯỢNG

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn

tốt nghiệp thạc sĩ Khoa học họp tại Trường Đại học Sư phạm –

Đại học Đà Nẵng vào ngày 22 tháng 4 năm 2017.

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng

 Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng.

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Tại Việt Nam, sản lượng gạo trung bình mỗi năm ước tính trên

30 triệu tấn/năm, gấp 3 lần so với Nhật Bản, tương đương với hơn 3

triệu tấn cám gạo được thải ra mỗi năm (khối lượng cám gạo chiếm

khoảng 10% khối lượng của hạt gạo).

Ở nước ta, nhà máy trích ly dầu cám tại Cần Thơ là nhà máy

đầu tiên được xây dựng trên diện tích 4 ha, với tổng vốn đầu tư trên 7

triệu USD 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 trích

ly dầu cám có ý nghĩa rất lớn đối với khu vực đồng bằng sông Cửu

Long vì tận dụng được nguồn nguyên liệu dồi dào tại đây (800,000

tấn cám gạo/năm từ 16 triệu tấn lúa/năm) để sản xuất ra một trong

những loại dầu ăn tốt nhất cho sức khỏe theo đánh giá của WHO.

Trong quy trình sản xuất dầu cám gạo, dầu kiềm thải soapstock

là sản phẩm phụ của quá trình trung hòa dầu cám gạo, là một hỗn hợp

dạng nhũ tương chứa các hợp chất lipit, axit béo tự do, các triglicerit,

chất màu, γ-oryzanol, nước và một 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

bị chuyển vào dầu kiềm thải soapstock [18]. Quá trình tách γ￾oryzanol từ dầu kiềm thải soapstock là điều rất khó khăn vì tạp chất

quá nhiều, đòi hỏi 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

2

trình, điển hình là sự thủy phân của γ-oryzanol- hỗn hợp các este của

axit ferulic.

Tại Việt Nam, có thế nói là hướng nghiên cứu điều chế axit

ferulic từ dầu kiềm thải soapstock của nhà máy trích ly cám gạo là một

hướng nghiên cứu hoàn toàn mới, chưa có một nhà khoa học trong nước

nào đề cập đến, cũng như chưa từng được công bố tại Việt Nam. 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, chúng tôi quyết định

chọn đề tài “Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình

tinh chế axit ferulic (FA) thu được từ phản ứng thủy phân dầu

kiềm thải của nhà máy trích ly cám gạo”, làm đề tài luận văn tốt

nghiệp thạc sĩ của mình, làm cơ sở khoa học cho việc đưa quy trình

tinh chế vào ứng dụng trên thực tế trong tương lai.

2. mục tiêu nghiên cứu

– Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chiết γ￾oryzanol từ soapstock (loại dung môi, nhiệt độ, thời gian).

– Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình tinh chế

axit ferulic với hiệu suất cao.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

– Điều tra sơ bộ, thu mẫu dầu thải soapstock tại nhà máy sản

xuất cám gạo (một hoặc nhiều nhà máy).

– Chiết các mẫu dầu thải soapstock bằng các dung môi có độ

phân cực khác nhau.

– Đánh giá hàm lượng γ-oryzanol và axit ferulic có trong các

mẫu soapstock.

3

– Thủy phân dịch chiết γ-oryzanol trong môi trường kiềm với

điều kiện đã chọn.

– Tinh chế axit ferulic với hiệu suất cao.

4. Phương pháp nghiên cứu

4.1. 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.

4.2. Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

– Xử lý mẫu: mẫu soapstock đem cân và sấy khô xác định hàm

lượng rắn – khô.

– Nguyên liệu đã xử lý được chiết với dung môi thích hợp sử

dụng kỹ thuật sóng siêu âm, đồng thời khảo sát điều kiện nhiệt độ,

thời gian siêu âm ảnh hưởng đến quá trình chiết mẫu.

– Xác định hàm lượng %wt 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 dịch chiết γ-oryzanol trong

môi trường kiềm (kế thừa các điều kiện phản ứng có sẵn) để thu được

axit ferulic.

– Chọn hệ dung môi phù hợp để tinh chế lại axit ferulic, thăm

dò độ sạch của axit ferulic bằng sắc ký bản mỏng.

– Phân tích bằng HPLC để xác định hàm lượng, độ tinh khiết

của FA thu được.

4

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.

– Tạo 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. Bố cục của luận văn

Luận văn bao gồm 57 trang, 11 bảng, 26 hình, ảnh, 22 tài liệu

tham khảo và 1 phụ lục. Với:

Phần mở đầu (4 trang)

Chương 1 – TỔNG QUAN (14 trang)

Chương 2 – CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM (15 trang)

Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN (20 trang)

Kết luận (1 trang)

Tài liệu tham khảo (3 trang)

Phụ lục (1 trang)

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN

1.1. GIỚI THIỆU VỀ AXIT FERULIC

1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ TRÊN

THẾ GIỚI VỀ FA

1.3. CÁC TÁC DỤNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA AXIT FERULIC

1.3.1. Tác dụng của axit ferulic

1.3.2. Ứng dụng của axit ferulic

1.4. DẦU KIỀM THẢI SOAPSTOCK – NGUYÊN LIỆU ĐIỀU

CHẾ AXIT FERULIC

1.5. NGUỒN NGUYÊN LIỆU SOAPSTOCK TẠI VIỆT NAM

5

CHƯƠNG 2 – CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

2.1. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT, THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU

2.1.1. Nguyên liệu

Nguyên liệu nghiên cứu là 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.

Mẫu sử dụng trong nghiên cứu này được nhà máy cung cấp 1

tháng/lần từ tháng 3/2016 đến tháng 5/2016, và được bảo quản ở

nhiệt độ 4ºC trong tủ lạnh trước khi tiến hành các bước nghiên cứu

tiếp theo.

Hình 2.1. Mẫu soapstock của quá trình sản xuất dầu cám gạo tại

Công ty TNHH Wilmar Agro Việt Nam

2.1.2. Hóa chất, thiết bị nghiên cứu

2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

2.2.1. Sơ đồ thực nghiệm (hình 2.2)

2.2.2. Xác định hàm lượng rắn – khô trong mẫu soapstock

2.2.3. Chiết γ-oryzanol từ soapstock

a. Lựa chọn dung môi chiết γ-oryzanol từ soapstock

b. Chiết γ-oryzanol từ soapstock

c. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/soapstock (V/m)

đến hiệu suất của quá trình chiết γ-oryzanol

d. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến hiệu

suất của quá trình chiết γ-oryzanol

6

Hình 2.2. Sơ đồ thực nghiệm

2.2.4. Xác định hàm lượng γ-oryzanol và FA có trong mẫu ST

1000*mST (mg)

C(mg/L) *V (mL) *

(%) F

m 

Trong đó, C: nồng độ FA hoặc γ-oryzanol tính theo ppm (mg/L)

1) EtOAc

Tính toán lượng ST/EtOAc

Soapstock

Xác định hàm lượng

rắn-khô

105 oC, 4 giờ

Hỗn hợp đồng nhất

2) siêu âm 20 phút

1) 100 μl hh + 900 μl C2H5OH

2) Lọc

HPLC

Xác định hiệu suất

phản ứng thủy phân

Phổ hấp phụ

λ=320-325 nm

Xác định hàm lượng

γ-oryzanol và FA

Chế độ gradient (MeOH/ACN=1:1)

và dd H3PO4 loãng

KOH/γ-oryzanol

(wt/wt) =20:1

Hhpứ

100 μl

CH3COOH đđ;

300 μl C2H5OH 100 μl dd

pứ

HPLC

75oC; 3 giờ

Tinh chế

FA

Xđ hàm lượng

và độ tinh khiết

FA bằng HPLC

Kiểm tra độ

sạch của FA

bằng SKBM

Loại tạp → FA thô

7

V: thể tích dịch chiết (80 ml)

F: độ pha loãng (F = 10)

mST: khối lượng ST ban đầu dùng để chiết (10,000 mg).

2.2.5. Phản ứng thủy phân dịch chiết γ-oryzanol và thu

nhận axit ferulic

a. Phản ứng thủy phân dịch chiết γ-oryzanol

 Tính hiệu suất tạo thành FA của phản ứng thủy phân:

Về mặt lý thuyết, phản ứng thủy phân este đơn chức γ￾oryzanol tương đương với: 602.9 gam γ-oryzanol nếu thủy phân hoàn

toàn sẽ sinh ra 194.18 gam FA.

Tỉ lệ khối lượng mol phân tử là: 3.1

Do vậy, nếu bỏ qua sự hình thành của ethyl ferulate thì hiệu

suất thủy phân tạo ra FA từ γ-oryzanol có thể được tính toán như sau:

H% =

Nồng độ FA (ppm) ∗ 3.1

Nồng độ FA (ppm) ∗ 3.1 + nồng độ γ − oryzanol (ppm)

∗ 100%

b. Phản ứng thu nhận axit ferulic

2.2.6. Tách và tinh chế FA từ hỗn hợp phản ứng

Quy trình tách và tinh chế FA được mô tả theo hình 2.4.

2.2.7. Thăm dò độ sạch của FA trong dịch chiết bằng SKBM

2.2.8. Xác định hàm lượng và độ tinh khiết của FA thu

được từ các dịch chiết bằng HPLC pha đảo

– Khối lượng FA được tính toán như sau:

������ =

������

��

(2.1)

– Khối lượng của cao chiết trong dịch chiết tổng tính như sau:

ms = m1 - mo (2.2)

– Độ tinh khiết FA: T =

������

����

*100% (2.3)

8

Hình 2.4. Quy trình loại tạp để thu được dịch chiết EtOAc tổng

(Lớp trên)

Dịch chiết EtOAc

(S1)

100 ml EtOAc

160 ml dd B 1) 160 ml n-hexan

2) 800 ml H2O

Siêu âm 10 phút

Dung dịch

phân lớp

0

Lớp trên

Lớp dưới~ 900 ml 5 ml dd H2SO4 đđ

Dung dịch +

tủa trắng 100 mL EtOAc

1) siêu âm 10 phút

2) chiết

Dịch chiết EtOAc

tổng (S)

Lớp dưới 100 ml EtOAc

1) siêu âm 10 phút

2) chiết

(Lớp trên)

Dịch chiết EtOAc

(S2)

Lớp dưới

1) siêu âm 10 phút

2) chiết

(Lớp trên)

Dịch chiết EtOAc (S3)

Lớp dưới 100 ml EtOAc

1) siêu âm 10 phút

2) chiết

(Lớp trên)

Dịch chiết EtOAc (S4)