Nghiên cứu chiết tách protein từ hạt chùm ngây và ứng dụng làm chất keo tụ xử lý nước đục.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

æææææææææ

NGUYỄN VĂN TÀI

NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH PROTEIN TỪ

HẠT CÂY CHÙM NGÂY VÀ ỨNG DỤNG

TRONG XỬ LÝ NƯỚC ĐỤC

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Mã số: 60.44.01.14

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Đà Nẵng – Năm 2015

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. LÊ TỰ HẢI

Phản biện 1: TS. Nguyễn Trần Nguyên

Phản biện 2: TS. Nguyễn Đình Anh

Luận văn sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp

thạc sĩ Khoa học chuyên ngành Hóa Hữu cơ họp tại Đại học Đà

Nẵng vào ngày 20 tháng 12 năm 2015

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. Lý do chọn đề tài

Hiện nay, trên thế giới, dù cho có khoảng hai tỉ người trên thế

giới tiếp cận được nguồn nước sạch từ 1990 đến 2010, nhưng qua đó

vẫn có hơn 760 triệu người vẫn chưa tiếp cận được nguồn nước sạch

hay đạt yêu cầu, trong đó hơn 6 triệu người chết vì bệnh tiêu chảy

do sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm.

Các nước phát triển phải trả giá cao để nhập khẩu các hóa chất

như polyaluminium chloride và phèn nhôm. Và đó là nguyên nhân

tại sao các nước phát triển đó cần các phương pháp với giá thành

thấp đưa ra nhằm giảm thiểu chi phí bảo trì và đào tạo. Ngày nay,

polyaluminium chloride và phèn nhôm được sử dụng rộng rãi trong

việc xử lí nước trên thế giới. Polyaluminium chloride và phèn nhôm

còn lẫn các tạp chất như epichlodine là chất gây ung thư. Hàm lượng

nhôm được coi như là tác nhân chính trong việc gây ra ngộ độc trong

lọc máu não. Ngoài ra, nhôm còn được xem là một trong các tác

nhân gây nên bệnh Alzheimer (chứng suy giảm trí nhớ ở người cao

tuổi), làm giảm độ pH và làm giảm hiệu quả của sự keo tụ trong

nước ở nhiệt độ thấp cũng như các vấn đề liên quan đến sự keo tụ,

tạo bông

Do đó, gần đây các nhà nghiên cứu đã quan tâm nhiều hơn đến

các chất keo tụ tự nhiên nguồn gốc thực vật như một giải pháp dần

thay thế hoặc thay thế một phần các chất keo tụ nhân tạo. Trong số

các vật liệu tự nhiên đã được thử nghiệm như gạo hay chitosan, hạt

cây chùm ngây (Moringa oleifera) đã chứng tỏ là một trong các chất

keo tụ ứng dụng trong xử lý nước có hiệu quả nhất. Từ những năm

80 của thế kỷ trước, chùm ngây đã được quan tâm nghiên cứu làm

2

vật liệu xử lý nước ở các góc độ khác nhau: các hoạt chất có chức

năng keo tụ chủ yếu nằm trong hạt cây ,các phần của cây đều không

độc đối với người và động vật, một số yếu tố ảnh hưởng mạnh đến

hiệu quả keo tụ gồm độ đục của nước, nồng độ chùm ngây, gradient

vận tốc khuấy trộn, thời gian khuấy trộn dịch chùm ngây vào nước....

Do vậy, nghiên cứu này nhằm đánh giá khả năng keo tụ của chùm

ngây để cải thiện chất lượng một vài nguồn nước mặt khác nhau ở

Việt Nam, trong đó việc quan tâm đến nguyên nhân làm trong nước

ở hạt cây chùm ngây, hay cụ thể là hợp chất dầu được chiết từ hạt có

ý nghĩa vô cùng quan trọng trong bài toán xử lí nước đục. Từ đó ta

có thể hiểu sâu hơn về quá trình làm trong nước của hạt chùm ngây

cũng như các tính chất tuyệt vời của nó. Vì thế, tôi chọn đề tài

“Nghiên cứu chiết tách protein từ hạt cây chùm ngây và ứng dụng

trong xử lý nước đục” nhằm giải quyết những vấn đề đã được nêu ra

như ở trên.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu quy trình chiết tách protein từ hạt cây chùm

ngây, ứng dụng nó trong việc xử lí nước đục.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng: hạt chùm ngây

- Phạm vi nghiên cứu:

· Xác định hàm lượng tro, độ ẩm của hạt chùm ngây

· Tối ưu hóa quá trình chiết soxhlet của hạt chùm ngây

· Chuẩn bị các mẫu nước tự nhiên

· Thử hoạt tính làm trong nước từ protein được chiết

· Kết tủa protein và ứng dụng làm trong nước

4. Phương pháp nghiên cứu

3

4.1. Nghiên cứu lý thuyết

Tổng quan tài liệu, tìm hiểu thực tế về cây chùm ngây.

4.2. Nghiên cứu thực nghiệm

Phương pháp vật lý

- Thu gom, phân loại và xử lý mẫu hạt chùm ngây.

- Xác định độ ẩm của hạt

- Xác định hàm lượng tro và hàm lượng kim loại.

Phương pháp hóa học

- Phương pháp soxhlet hay chưng ninh chiết tách protein

trong hạt chùm ngây.

- Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách chiết:

Nồng độ dung môi, thời gian chiết, tỷ lệ rắn/lỏng, nhiệt độ…

- Xác định các thông số từ các mẫu nước đục: độ đục (NTU),

độ pH, …

- Xác định các thông số sau khi xử lý nước đục tự nhiên và

nhân tạo bằng protein được tách từ hạt chùm ngây.

5. Nội dung nghiên cứu

5.1. Nghiên cứu lý thuyết

- Cây chùm ngây: Mô tả, đặc điểm sinh thái.

- Phương pháp chiết tách: chiết tách soxhlet với dung môi

thích hợp.

- Phương pháp kết tủa protein

- Phương pháp xác định các thông số từ các mẫu nước đục:

độ đục (NTU), độ pH

5.2. Nghiên cứu thực nghiệm

- Xử lý mẫu: Thu thập, phân loại, rửa, sấy…

- Chiết tách protein bởi dung môi phù hợp

4

- Xây dựng quy trình chiết tách đạt hiệu suất cao nhất.

- Chuẩn bị các mẫu nước đục tự nhiên và nhân tạo, xác định

các thông số của từng mẫu nước.

- Tiến hành quy trình xử lí nước đục bằng protein từ hạt

chùm ngây

- Kiểm tra, xác định thông số sau khi xử lý, từ đó đưa ra

nhận xét.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Cung cấp thông tin khoa học về quy trình tách chiết protein

từ hạt chùm ngây, nghiên cứu các điều kiện tối ưu.

- Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế lọc nước đục từ

hạt chùm ngây.

7. Bố cục luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và thảo luận

5

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1. TỔNG QUAN VỀ CÂY CHÙM NGÂY

1.1.1. Tên gọi

Tên khoa học: Moringa oleifera Lam, hay M. Pterygosperma,

thuộc họ Chùm ngây (Moringaceae).

1.1.2. Phân loại khoa học

Giới Thực vật (Kingdom) : Plantae

Ngành Ngọc lan (Division) : Magnoliophyta

Lớp Ngọc lan (Class) : Magnoliopsida

Bộ Cải (Ordo) : Brassicales

Họ Chùm ngây (Familia) : Moringaceae

Chi (Genus) : Moringa

Loài (Species) : Moringa oleifera Lam.

1.1.3. Đặc điểm thực vật

1.1.4. Phân bố sinh thái

1.1.5. Cách trồng

1.1.6. Sơ lược về thành phần hóa học của cây chùm ngây

1.1.7. Thành phần dinh dưỡng

1.1.8. So sánh hàm lượng dinh dưỡng với các thực phẩm

khác

1.1.9. Những nghiên cứu khoa học về chùm ngây

1.1.10. Công dụng

1.2. NƯỚC VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG

NƯỚC

1.2.1. Tính chất chung của nước

1.2.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước

6

1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC

1.3.1. Phương pháp cơ học

1.3.2. Phương pháp hóa học và hóa lý

1.3.3. Phương pháp vật lý

1.3.4. Quá trình keo

1.3.5. Quá trình lọc nước

1.4. Ô NHIỄM NƯỚC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

BẰNG HẠT CHÙM NGÂY

1.4.1. Nguyễn nhân gây ô nhiễm nước

1.4.2. Xử lý nước bằng hạt chùm ngây

1.4.3. Protein keo tụ từ chùm ngây

1.5. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ PROTEIN

1.5.1. Những đặc trưng chung của nhóm chất protein

1.5.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nhóm chất protein

1.5.3. Phân loại protein

1.5.4. Chức năng sinh học của protein

a. Xúc tác và enzyme

b. Những khác biệt về đặc tính xúc tác, giữa xúc tác vô cơ và

xúc tác enzyme

c. Cơ chế xúc tác của một vài enzyme

1.6. PHƯƠNG PHÁP CHIẾT RẮN - LỎNG

1.6.1. Kỹ thuật chiết soxhlet

1.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP THU NHẬN PROTEIN

1.7.1. Nhiệt độ

1.7.2. Nồng độ H+

(pH)

1.7.3. Tác nhân hóa học

7

1.8. PHÁ VỠ TẾ BÀO VÀ CHIẾT RÚT PROTEIN

1.8.1. Phá vỡ tế bào

1.8.2. Chiết rút protein

1.9. ĐỊNH LƯỢNG VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TINH SẠCH CỦA CHẾ

PHẨM PROTEIN

1.9.1. Các phương pháp xác định hàm lượng protein

1.9.2. Đánh giá tính đồng thể của protein

1.10. CÁC QUÁ TRÌNH TÁCH CHIẾT VÀ TINH SẠCH

PROTEIN

1.10.1. Thu hồi protein

1.10.2. Tinh sạch sơ bộ

1.10.3. Hệ phân tách hai pha nước

1.10.4. Các phương pháp kết tủa

a. Các phương pháp sắc ký

b. Siêu lọc

c. Thiết kế các protein để tinh sạch

8

CHƯƠNG 2

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT

2.1.1. Thu gom và xử lý nguyên liệu

Hạt chùm ngây dùng làm nguyên liệu được lấy từ Đăk Lăk,

Việt Nam.

Hình 2.1. Chùm ngây

2.1.2. Dụng cụ

2.1.3. Hóa chất

9

2.2. XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM

- Mục tiêu

Dược liệu thường được qui định một giới hạn độ ẩm nhất

định gọi là độ ẩm an toàn, quá độ ẩm đó thì nguyên liệu dễ bị mốc,

hư hỏng.[9]

Việc xây dựng chỉ tiêu độ ẩm cho nguyên liệu là xác định

giới hạn tối đa cho phép của một dược liệu để nó có thể giữ được

chất lượng trong quá trình bảo quản. Không có một dược liệu nào đạt

độ khô tuyệt đối (độ ẩm 0%), nhưng đối với mỗi dược liệu đều được

quy định một độ ẩm an toàn. Ðể bảo quản tốt, dược liệu cần có độ

ẩm bằng hoặc dưới độ ẩm an toàn

- Nguyên tắc

Dùng sức nóng làm bay hơi hết hơi nước trong mẫu. Cân

trọng lượng mẫu trước và sau khi sấy khô từ đó tính ra phần trăm

nước có trong mẫu.

- Cách tiến hành

Chuẩn bị 3 chén sứ có kí hiệu sẵn, rửa sạch và sấy trong tủ

sấy đến nhiệt độ >1000C. Sau khi sấy xong, lấy chén ra, bỏ vào bình

hút ẩm, để nguội đến nhiệt độ phòng rồi cân khối lượng các chén sứ

cho đến khi khối lượng không đổi ta được khối lượng m0 (gam).

Cân m1 (gam) khối lượng bột chùm ngây. Cho vào tủ sấy,

điều chỉnh nhiệt độ 1050C trong thời gian 5h. Sấy xong lấy mẫu ra

khỏi tủ, đậy nắp chén, làm nguội trong bình hút ẩm sau đó đem cân,

cứ như vậy đến khi khối lượng mẫu và cốc không đổi (tức khối

lượng giữa 2 lần cân liên tiếp không quá 0.005 gam) ta được khối

lượng m2 (gam).

Độ ẩm của mỗi mẫu được xác định theo công thức: