Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chiết tách axit hidroxy citric từ lá bứa khô bằng nước với quy mô 10 kg nguyên liệu/mẻ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN THỊ TRỌNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH

CÔNG NGHỆ CHIẾT TÁCH AXIT HIDROXY CITRIC

TỪ LÁ BỨA KHÔ BẰNG NƯỚC

VỚI QUY MÔ 10KG NGUYÊN LIỆU/MẺ

Chuyên ngành: HÓA HỮU CƠ

Mã số: 60 44 27

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Đà Nẵng - Năm 2014

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

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

Phản biện 1: PGS.TS. Lê Tự Hải

Phản biện 2: TS. Trần Mạnh Lục

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

tốt nghiệp thạc sĩ Khoa học họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày

20 tháng 12 năm 2014

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng

- Thư viện trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Cây bứa – tên khoa học là Garcinia oblongifolia Champ. Ex

Benth, thuộc họ bứa và chi bứa. Họ bứa (Clusiaceae) (còn gọi là

Guttiferae hay Hypericaceae), được Antoine Laurent de Jussieu đưa

vào năm 1789, là một loài thực vật có hoa bao gồm khoảng 50 chi và

1.200 loài các cây than gỗ hay cây bụi, thông thường có nhựa trắng

như sữa và có quả hay quả nang để lấy hạt. Cây mọc hoang trong

rừng thứ sinh ở các tỉnh từ Hà Tuyên, Vĩnh Phú đến Quảng Nam –

Đà Nẵng.

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về cây bứa

bao gồm các lĩnh vực: Chiết tách, xác định thành phần hóa học các

hợp chất hữu cơ, tính chất, khả năng ứng dụng các hợp chất hóa học

có trong cây bứa và đã phát hiện ra (-)-hydroxycitric axit (HCA),

lacton của (-)-hydroxycitric axit có hoạt tính sinh học lý thú là có tác

dụng kìm hãm quá trình chuyển hóa lượng đường thừa trong cơ thể

thành mỡ 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. Ngoài ra, HCA làm gia tăng nồng độ Serotonin,

một chất có vai trò kiểm soát sự thèm ăn, đồng thời cải thiện tâm lý

phiền muộn ở người dư cân, béo phì giúp họ giảm năng lượng khẩu

phần. Và đã ứng dụng thành công trong công nghệ dược phẩm, đặc

biệt là các loại chế phẩm giảm béo.

Hiện nay bệnh béo phì là một bệnh dịch toàn cầu. Đây thật sự

là mối đe doạ tiềm ẩn trong tương lai vì béo phì và thừa cân có thể

tạo ra nhiều hệ lụy cho con người như thể trạng mệt mỏi, bất lực, tử

vong sớm do ung thư, bệnh tim mạch, tiểu đường và đột quỵ. Theo

2

Hiệp hội Béo phì Mỹ, nay có khoảng 60 triệu người dân Mỹ bị béo

phì, tăng gần gấp 3 lần so với năm 1991 (25 triệu người). Riêng ở

châu Phi, Nozizwe Madlala-Routledge, Thứ trưởng Bộ Y tế Nam Phi

cho biết 29% nam giới và 57% nữ giới nước này bị béo phì. Trong

khi đó, ở châu Á, theo báo cáo của chính phủ Trung Quốc, tốc độ gia

tăng của tình trạng béo phì ở Trung Quốc đã lên tới 97% trong 10

năm qua. Tại VN, năm 2006, Viện Dinh Dưỡng, Việt Nam đã công

bố kết quả điều tra về thừa cân-béo phì trên quy mô toàn quốc, gồm

7600 hộ gia đình với 14.245 người trưởng thành (có độ tuổi từ 25 -

64 tuổi) cho thấy có 16,8% người thừa cân - béo phì. Theo tư liệu

của Phó Giáo sư, Tiến sỹ Lê Bạch Mai Phó Giám đốc Viện dinh

dưỡng Quốc gia Việt Nam, số trẻ em dưới 5 tuổi bị thừa cân hoặc

đang đà béo phì đã ở mức 6.3% trong năm 2013, tăng 9 lần so với

năm 2000. Vậy việc chế tạo các sản phẩm giảm béo là rất cần thiết

hiện nay. Nên việc nghiên cứa chiết tách HCA từ cây bứa để ứng

dụng làm thực phẩm giảm béo là rất cần.

Những năm gần đây đã có nhiều đề tài nghiên cứu về thành

phần hóa học và tính chất có trong cây bứa ở nước ta và đã xác

định được hàm lượng HCA từ cây bứa nhưng chủ yếu là quả bứa

chưa có nghiên cứu nào khảo sát trên lá. Nên đề tài này tôi chọn lá

bứa làm đối tượng nghiên cứu với hy vọng bổ sung thêm hàm

lượng HCA để làm thực phẩm chức năng. Ở nước ta chưa có một

quy trình nghiên cứu chiết tách HCA trong lá bứa với quy mô lớn

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 lá bứa khô quy mô phòng thí nghiệm, tôi nghiên cứu đề xuất qui

trình chiết tách với quy mô 10kg nguyên liệu/mẻ. Đây là vấn đề cần

3

nghiên cứu nhằm góp phần quy hoạch, khai thác, chế biến và ứng

dụng các sản phẩm từ cây bứa một cách có hiệu quả.

Chính vì lý do trên, tôi quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu

xây dựng quy trình công nghệ chiết tách axit hidroxycitric từ lá

Bứa khô bằng nước với quy mô 10 kg nguyên liệu/mẻ”.

2. Mục đích nghiên cứu

Mục đích chính là nghiên cứu để tìm ra quy trình chiết tách

axit hydroxycitric từ lá bứa khô với hiệu suất cao. Từ đó phân tích,

lựa chọn thiết bị, tính toán thiết bị cho quá trình công nghệ thu nhận

dịch chiết axit HCA từ lá bứa khô quy mô 10kg nguyên liệu/mẻ.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu

Lá bứa (Garcinia oblongifolia Champ. Ex Benth.) tại xã Hòa

Liên, huyện Hòa Vang, TP. Đà Nẵng.

3.2. Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu trên nguồn nguyên liệu tại xã Hòa Liên, huyện

Hòa Vang, TP. Đà Nẵng.

- Nghiên cứu chiết tách bằng dung môi nước.

- Chỉ nghiên cứu chiết HCA từ lá bứa khô.

4. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp vật lý: Xác định độ ẩm, nhiệt độ, tỉ trọng…

- Phương pháp hóa học: Sử dụng phương pháp chuẩn độ axit –

bazơ để xác định hàm lượng axit tổng có trong dịch chiết.

- Phương pháp phân tích công cụ: Phương pháp sắc ký lỏng

cao áp (HPLC), phương pháp AAS, UV-VIS.

- Phương pháp toán học: Sử dụng phương pháp quy hoạch

thực nghiệm để tối ưu hóa các điều kiện chiết tách. Sau đó tính toán

thiết bị cho các công đoạn: chưng ninh, cô đặc, hấp phụ, li tâm, lọc,

sấy…

4

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học

- Xác định một số yếu tố công nghệ trong quá trình chiết tách

để thu nhận HCA với hiệu xuất cao nhất.

- Xây dựng được quy trình công nghệ chiết tách HCA với qui

mô lớn.

Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu này sẽ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng

HCA trong lá bứa khô.

- Nghiên cứu mở ra hướng đi mới để đưa cây bứa vào ứng

dụng trong công nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng.

5. Cấu trúc luận văn

MỞ ĐẦU

Chương 1 – TỔNG QUAN

Chương 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU

Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY BỨA

1.1.1. Phân loại khoa học.

Cây bứa thuộc họ măng cụt Guttiferae còn gọi họ bứa

Clusiaceae thuộc bộ Chè. Cây gỗ có mũ 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 ở gốc.

Bộ chè Theales. Bộ 2 lá mầm thuộc phân lớp sổ Dilleniiae, lá

đơn, có khi lá kép; hoa thường cánh phân; nhiều nhị; đài xếp xoắn ốc

sát nhau [3].

Bứa tên khoa học Garcinia oblongifolia Champ, thuộc họ

măng cụt Clusiaceae hay Guttiferae.

1.1.2. Phân bố

1.1.3. Mô tả cây bứa

1.1.4. Tác dụng

1.1.5. Thành phần hóa học

Trong quả Bứa có axit hữu cơ, vitamin C (100g có 61mg

vitamin C). Trong vỏ có flavonozit. Các axit hữu cơ trong cây bứa

không độc cho người mà còn có tác dụng làm giảm mỡ máu, chống

béo phì.

1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HCA TRONG NƯỚC VÀ THẾ

GIỚI

1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước

1.2.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới

a. Sự khám phá (-)-HCA

b. Chiết tách

c. Định lượng (-)-HCA

6

d. Các muối kim loại của (-)-HCA

e. Tính chất của (-)-HCA

f. Tác dụng của HCA

g. Một vài lo ngại về (-) HCA

1.3. PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH HCA TRONG LÁ BỨA

KHÔ

1.3.1. Khái niệm

1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách

a. Nồng độ của dịch chiết

b. Đặc điểm của nguyên liệu

c. Nhiệt độ

d. Thời gian chiết xuất

e. Khuấy trộn

1.3.3. Phương pháp chiết tách thường dùng

a. Phương pháp ngâm

b. Phương pháp ngấm kiệt

c. Phương pháp chiết ngược dòng

d. Chiết Soxhlet

e. Phương pháp chiết dưới áp suất cao

f. Chiết với sự hỗ trợ của siêu âm

g. Chiết với sự hỗ trợ của vi sóng

1.4. GIỚI THIỆU VỀ THAN HOẠT TÍNH

7

CHƯƠNG 2

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

2.1.1. Nguyên liệu

Đối tượng nghiên cứu là lá bứa (Garcinia oblongifolia Champ.

ex Benth.) được thu tại xã Hòa Liên, huyện Hòa Vang, TP. Đà Nẵng

(Hình 2.1).

- Thu nguyên liệu: Lá bứa được thu hái quanh năm.

- Xử lý nguyên liệu: Sau khi thu hoạch lá bứa, loại bỏ lá già, lá

sâu, rửa sạch, hong khô rồi xay thành bột (Hình 2.2).

2.1.2. Thiết bị, dụng cụ

2.1.3.Hoá chất

2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1. Phương pháp vật lý

a. Xác định độ ẩm của nguyên liệu.

b. Xác định hàm lượng tro của nguyên liệu

c. Xác định tỉ khối của dung dịch

2.2.2. Phương pháp hóa học

a. Phương pháp chuẩn độ

b. Chưng ninh trong nồi áp suất

2.2.3. Phương pháp phân tích công cụ

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

HPLC

b. Phương pháp đo quang UV-VIS

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

2.2.4. Phương pháp toán học

a. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm

b. Phương pháp tối ưu hóa thực nghiệm

8

Sấy khô, xay

nhỏ

Lọc, vắt bã

Cô đặc

Ly tâm

2.3. QUY TRÌNH CHIẾT HCA THỰC NGHIỆM

Quy trình thực nghiệm được thể hiện như sơ đồ hình 2.3.

Hình 2.3. Sơ đồ quy trình thực nghiệm

Lá bứa tươi

Nguyên liệu

Khảo sát tổng lượng

axit theo thời gian

chưng ninh

Khảo sát tổng lượng

axit theo tỉ lệ R/L

Khảo sát tổng

lượng axit

theo nhiệt độ

chưng ninh

Tẩy màu

Dịch chiết Khảo sát chất lượng tẩy

màu theo lượng C

Khảo sát chất lượng

tẩy màu theo nhiệt độ

Dịch chiết 2

Xác định

một vài

thông số vật

lý và thành

phần hóa

học

Loại pectin

Khảo sát tìm nồng độ

C2H5OH thích hợp để

kết tủa pectin

Dịch chiết 3

Cất loại dung

môi

Dịch chiết axit

cô đặc 4

Tách loại cồn Phân tích,

lựa chọn

thiết bị, đề

xuất quy

trình sản

xuất quy

mô lớn.

Chuẩn độ

Xác định lượng

axit

Đo HPLC

Chưng ninh với nước

Lọc hoặc ly tâm

9

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÀNH PHẦN CƠ BẢN CÓ TRONG

LÁ BỨA

3.1.1. Xác định độ ẩm trong nguyên liệu lá bứa tươi

Kết quả xác định độ ẩm trong lá bứa tươi được trình bày tại

bảng 3.1.

Bảng 3.1. Kết quả xác định độ ẩm trong lá bứa tươi

Thành phần Hàm lượng (%) Nguyên liệu

Nước 69,620 Lá bứa tươi

Từ kết quả trên cho thấy, lá bứa tươi có hàm lượng nước khá

lớn (69,62%). Vì vậy để thuận lợi cho quá trình chiết, loại bỏ ảnh

hưởng của nước trong nguyên liệu đến hiệu suất chiết, tôi tiến hành

xấy khô lá đến khối lượng không đổi hoặc phơi khô. Việc sử dụng

nguyên liệu khô ngoài những lý do trên thì còn có ý nghĩa kéo dài

thời gian bảo quản nguyên liệu.

3.1.2. Xác định độ ẩm và hàm lượng tro và kim loại có

trong nguyên liệu lá bứa khô

Kết quả xác định độ ẩm và hàm lượng tro trong lá khô được

trình bày tại bảng 3.2.

Độ ẩm trung bình trong vỏ quả bứa khô khoảng 4,336%. Với

độ ẩm này, nguyên liệu được bảo quản trong thời gian dài, không bị

mốc, không có những thay đổi về mặt cảm quan.

Hàm lượng tro trong lá bứa thấp, chiếm khoảng 3,848% khối

lượng lá.

10

Bảng 3.2. Kết quả xác định độ ẩm và hàm lượng tro

trong lá bứa khô

STT Thành phần Hàm lượng (%) Nguyên liệu

1 Nước 4,336 Lá bứa khô

2 Tro 3,848 Lá bứa khô

3.1.3. Xác định thành phần kim loại nặng trong lá bứa khô

So với tiêu chuẩn thì các hàm lượng kim loại nặng Pb, Cu, Zn, Fe,

Sn, As nằm trong khoảng cho phép, có thể sử dụng lá bứa để làm thực

phẩm hoặc dược phẩm mà không ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

3.2. NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG ĐẾN

QUÁ TRÌNH CHIẾT AXIT HỮU CƠ TỪ LÁ BỨA KHÔ

3.2.1. Lựa chọn dung môi.

Thông thường, yêu cầu dung môi phải hòa tan tốt các cấu tử

cần thiết tách, nếu cấu tử cần chiết có cấu tạo phân cực thì phải lựa

chọn dung môi có cấu tạo phân cực. Ngược lại, nếu cấu tử cần chiết

có cấu tạo không phân cực thì phải lựa chọn dung môi có cấu tạo

không phân cực. HCA là hợp chất phân cực do trong phân tử có các

nhóm –COOH và –OH nên ta lựa chọn các dung môi phân cực. Dựa

vào tài liệu ta chọn dung môi là nước.

3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian nấu nguyên liệu

Các kết quả được thể hiện ở hình 3.2.

Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian

đến hiệu suất chiết