Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chiết tách tanin từ vỏ một số loài cây keo ở quảng nam quy mô 10 kg nguyên liệu/mẻ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯƠNG THỊ MỸ THẢO

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH

CÔNG NGHỆ CHIẾT TÁCH TANIN TỪ VỎ

MỘT SỐ LOÀI CÂY KEO Ở QUẢNG NAM

QUY MÔ 10KG NGUYÊN LIỆU/MẺ

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. Bùi Xuân Vững

Phản biện 2: TS. Đặng Quang Vinh

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 19 tháng

12 năm 2015

* 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. Lý do chọn đề tài

Trong những năm vừa qua, cùng với sự phát triển của ngành

công nghiệp chế biến gỗ ở Việt Nam thì nhu cầu và thực tế sử dụng

gỗ nguyên liệu cũng phát triển một cách mạnh mẽ, để đáp ứng được

yêu cầu này thì nguồn nguyên liệu cần được chú trọng, gồm nhiều

loài cây lấy gỗ trong đó có loài keo.

Chi Keo (danh pháp khoa học Acacia) là một trong những

nhóm cây thân gỗ và thân bụi đa dạng nhất trên trái đất; thuộc phân

họ Trinh nữ (Mimosoideae), và thuộc họ Đậu (Fabaceae). Chi keo

có nguồn gốc tại đại lục cổ Gondwana. Tại Việt Nam nói chung và

Quảng Nam nói riêng có ba loài keo được dùng phổ biến nhất là keo

lá tràm (Acacia auriculiformis), keo tai tượng (Acacia mangium) và

keo lai (Acacia hybrid).

Nguồn phế liệu của nó là một lượng lớn vỏ keo. Nhưng hiện

nay nguồn phế thải này được người dân trong khu vực thu nhặt về

làm chất đốt. Việc tận dụng như vây càng làm cho môi trường không

khí bị ô nhiễm nặng nề hơn vì lượng khói sinh ra từ việc đốt nguồn

nguyên liệu này.

Theo các nghiên cứu thì trong vỏ keo có hàm lượng tanin lớn.

Vì vậy việc phát triển nghiên cứu chiết tách tanin từ vỏ cây keo và

ứng dụng của chúng đã được nhiều nhà khoa học đưa vào thực tiễn

cuộc sống. Tanin góp phần tích cực ở rất nhiều lĩnh vực như y tế,

công nghiệp, nông nghiệp, công nghệ môi trường, công nghiệp thuộc

da, công nghệ sinh học… nhờ vào mỗi đặc tính riêng của nó.

Chính vì những đặc điểm trên nên tôi chọn nguồn nguyên liệu

vỏ keo ở Quảng Nam để chiết tách tanin với quy mô lớn và đây là lí

2

do tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chiết

tách tanin từ vỏ một số loài cây keo ở Quảng Nam quy mô 10kg

nguyên liệu/mẻ”.

2. Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu và khảo sát điều kiện tối ưu cho quá trình chiết

tách tanin từ vỏ keo (keo lá tràm, keo lai và keo tai tượng) ở Quảng

Nam.

- Phân tích, lựa chọn thiết bị cho qúa trình chiết tách tanin từ

vỏ keo quy mô lớn và tính toán đề xuất quy trình tách tanin trong

công nghiệp với quy mô 10kg nguyên liệu/mẻ.

3. Đối tượng và pham vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Vỏ của một số loài keo như keo lá

tràm, keo lai và keo tai tượng.

- Phạm vi nghiên cứu: Quy trình chiết tách, các yếu tố ảnh

hưởng đến quá trình chiết tách, xác định thành phần định tính và

định lượng, cấu trúc của tanin từ vỏ keo.

4. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết

- Thu thập, tổng hợp, phân tích các tài liệu, tư liệu trong và

ngoài nước liên quan đến nội dung đề tài.

- Nghiên cứu nguồn gốc, trạng thái tồn tại của tanin.

- Nghiên cứu các tính chất hoá lý của tanin.

- Nghiên cứu quy trình, phương pháp và công nghệ chiết tách

các hợp chất thiên nhiên.

- Phương pháp chiết tách tanin và các yếu tố ảnh hưởng trong

phòng thí nghiệm và quy mô công nghiệp.

- Trao đổi và thảo luận với giáo viên hướng dẫn

3

- Đánh giá kết quả, đề xuất kiến nghị.

Nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp vật lý: Xác định độ ẩm, hàm lượng tro…

- Phương pháp hóa học: Sử dụng phương pháp chuẩn độ để

xác định hàm lượng tanin tổng có trong dịch chiết.

- Phương pháp phân tích công cụ: Phương pháp phân tích phổ

hồng ngoại (IR).

- 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, lọc, cô đặc…

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

Ý nghĩa khoa học

- Nghiên cứu kĩ thuật chiết tách tanin từ vỏ keo.

- Đề ra một hướng mới trong kĩ thuật chiết tách tanin quy mô

công nghiệp.

Ý nghĩa thực tiễn

- Tạo nguồn tanin với số lượng lớn góp phần ý nghĩa trong

thực tiễn.

- Tận dụng được nguồn phế thải của công nghiệp gỗ nhằm hạn

chế ô nhiễm môi trường, nâng cao hiệu quả của việc trồng rừng keo.

6. Cấu trúc luận văn

Luận văn gồm 82 trang trong đó phần mở đầu 4 trang, kết luận

kiến nghị 2 trang, tài liệu tham khảo có 4 trang. Luận văn có 15

bảng, 40 hình và đồ thị. Nội dung chia thành 3 chương:

Chương 1: Tổng quan lí thuyết: 29 trang

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu: 12 trang

Chương 3: Kết quả và thảo luận: 31 trang

4

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN LÍ THUYẾT

1.1.TỔNG QUAN VỀ CHI KEO

Chi Keo (danh pháp khoa học Acacia) là một trong những nhóm

cây thân gỗ và thân bụi đa dạng nhất trên trái đất; thuộc phân họ

Trinh nữ (Mimosoideae), và thuộc họ Đậu (Fabaceae).

Chi Keo được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Tại Việt Nam, các loài keo tai tượng (Acacia mangium), keo lá tràm

(Acacia auriculiformis) và keo lai (Acacia hybrid) được trồng để làm

nguyên liệu sản xuất giấy.

Vỏ các loài keo khác nhau rất giàu tanin – chất được sử dụng

trong công nghiệp thuộc da như keo vàng (Acacia pycnantha), keo

vỏ đà (Acacia decurrens), keo bạc (Acacia dealbata) và keo đen

(Acacia mearnsii). Nên đó cũng là một mặt hàng xuất khẩu quan

trọng.

1.1.1. Keo lá tràm

a. Sơ lược về keo lá tràm

b. Phân loại keo lá tràm

c. Đặc điểm sinh học của keo lá tràm

Là loài cây đa mục đích, cao 25 – 30 m, đường kính 60 – 80 cm.

Thân hình tròn, thẳng. Vỏ thân màu xám đen, nứt dọc, nhỏ, sâu 2 – 3

mm. Thịt vỏ dày 7 – 9 mm, màu trắng xám. Loài cây này phân nhành

thấp và có tán rộng, cành non hơi dẹt, nhẵn, màu xanh lục.

d. Tình trạng phân bố trên thế giới và Việt Nam

e. Hướng sử dụng

1.1.2. Keo tai tượng

5

a. Sơ lược về keo tai tượng

b. Đặc điểm sinh học

Cây gỗ trung bình, chiều cao biến động từ 7 đến 30 m, đường

kính từ 25 – 35 cm, đôi khi trên 50 cm. Thân thẳng, vỏ có màu nâu

xám đến nâu, xù xì, có vết nứt dọc. Tán lá xanh quanh năm, hình

trứng hoặc hình tháp, thường phân cành cao.

c. Tình trạng phân bố

d. Giá trị kinh tế

e. Hướng sử dụng

1.1.3. Keo lai

a. Đặc điểm hình thái

Cây gỗ nhỡ, cao tới 25 – 30 m, đường kính tới 30 – 40 cm, cao

và to hơn keo tai tượng và keo lá tràm, các đặc tính khác có dạng

trung gian giữa 2 loài bố mẹ. Thân thẳng, cành nhánh nhỏ, tỉa cành

khá, tán dày và rậm.

b. Đặc điểm sinh thái

c. Khai thác và sử dụng

1.2.TỔNG QUAN VỀ TANIN

1.2.1. Khái niệm

Từ “tanin” được dùng đầu tiên năm 1976 để chỉ những chất có

mặt trong dịch chiết thực vật có khả năng kết hợp với protein của da

sống động vật làm cho da biến thành da thuộc không thối và bền. Do

đó, tanin được định nghĩa là những hợp chất tanin có trong thực vật,

có vị chát được phát hiện với “thí nghiệm thuộc da” và được định

lượng dựa vào mức độ hấp phụ trên bột da sống chuẩn.

Tanin là một nhóm các hợp chất hóa học được phân bố rộng

trong tự nhiên, chúng được tìm thấy trong nhiều loại thực vật. Phân

6

tử của chúng là một khối được cấu thành bởi hai hay nhiều đơn phân

tử phenol.

Phân tử lượng tanin phần lớn nằm trong khoảng 500 – 5.000

đvC

1.2.2. Phân loại

a. Tanin thủy phân hay còn gọi là tanin pyrogalic

(galotanin)

b. Tanin ngưng tụ hay còn gọi là tanin pyrocatechin

1.2.3. Tính chất của tanin

Thí nghiệm thuộc da của tanin

Kết tủa với gelatin

Kết tủa với ancaloit

Kết tủa với muối kim loại

Phản ứng Stiasny

Tanin bị oxi hóa hoàn toàn dưới tác dụng của KMnO4 hoặc

K2Cr2O7

1.2.4. Ứng dụng

a. Ứng dụng làm chất chống oxi hóa

b. Ứng dụng trong y học

c. Ứng dụng trong công nghiệp thuộc da

d. Tạo phức với ion kim loại

1.2.5. Tình hình nghiên cứu và sử dụng tanin hiện nay

a. Trên thế giới

b. Ở Việt Nam

1.2.6. Những loại thực vật chưa nhiều tanin

1.3.CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA BÀI TOÁN QUY HOẠCH THỰC

NGHIỆM

7

1.3.1. Mở đầu

1.3.2. Bài toán quy hoạch thực nghiệm

1.4. PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH

1.4.1. Khái niệm

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

a. Kích thước của nguyên liệu

b. Nhiệt độ

c. Thời gian chiết xuất

d. Tỉ lệ nguyên liệu : dung môi

e. Khuấy trộn

1.4.3. 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

CHƯƠNG II

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT

2.1.1. Thiết bị, dụng cụ

2.1.2. Hóa chất

2.2. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM

8

Hình 2.1. Sơ đồ quy trình thực hiện

Đề xuất quy

trình công nghệ

chiết tách quy

mô 10kg/mẻ

Quy trình chiết

tách phòng thí

nghiệm

Quy hoạch

thực nghiệm

Chiết bằng nước

Cô

đuổi

dung

môi

Dịch chiết

Tanin

Bã

Nguyên liệu

Khảo sát điều

kiện chiết tanin

Xác định độ ẩm Xác định hàm lượng tro

Vỏ keo

Xử lí sơ bộ (sấy)

Tỉ lệ R : L

Nhiệt độ

Thời gian

Kích

thước

nguyên

liệu

Tanin rắn

Tanin

ngưng tụ

Tanin

thủy phân

9

2.3. NGUYÊN LIỆU

2.3.1. Thu mua nguyên liệu

Nguyên liệu được sử dụng là vỏ một số loài cây keo gồm keo

lá tràm, keo tai tượng và keo lai được thu thập từ các khu rừng ở Quế

Sơn, tỉnh Quảng Nam, Việt Nam.

2.3.2. Xử lí nguyên liệu

Vỏ keo thu hoạch về được làm sạch vỏ già, sâu. Sau đó được

xử lí thành các kích cỡ nhỏ hơn và phơi khô.

Hình 2.2. Vỏ keo đã qua xử lí và xay thành bột mịn

2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.4.1. Xác định một sô chỉ tiêu hóa lí của nguyên liệu

a. Xác định độ ẩm

b. Xác định hàm lượng tro

2.4.2. Định tính và định lượng tanin

a. Định tính phân biệt tanin nhóm tanin ngưng tự và nhóm

tanin thủy phân

b. Định lượng tanin nhóm tanin theo phương pháp

Lowenthal

2.4.3. Tách tanin rắn

10

2.4.4. Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại

a. Sơ lược về cơ sở về phân tích phổ hồng ngoại

b. Phương pháp chuẩn bị mẫu ghi phổ hồng ngoại

c. Ứng dụng của phổ hồng ngoại trong hóa học

2.4.5. Nghiên cứu chỉ số Stiasny của tanin rắn

CHƯƠNG III

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ SỐ HÓA LÍ

3.1.1. Độ ẩm

Tiến hành xác định độ ẩm mẫu bột bằng phương pháp sấy khô.

Kết quả thu được trình bày ở bảng 3.1.

Bảng 3.1. Độ ẩm mẫu bột

TT

Khối lượng bột

keo tự nhiên (g)

Khối lượng bột

keo khô (g)

Khối lượng

nước (g)

Độ ẩm

(%)

1 2,000 1,780 0,220 11,00

2 2,000 1,787 0,213 10,65

3 2,000 1,778 0,222 11,10

TB 2,000 1,781 0,217 10,91

Độ ẩm trung bình trong vỏ mẫu keo nghiên cứu khoảng

10,91%.

3.1.2. Hàm lượng tro

Tiến hành tro hóa mẫu và thu được kết quả ở bảng 3.2.

Bảng 3.2. Hàm lượng tro của mẫu bột

m0 m1 m2 X (%) Trung bình

28,5714 38,5755 30,0682 14,96 14,95

30,4893 40,4903 31,9834 14,94

Vậy mẫu keo nghiên cứu có hàm lượng tro là 14.95%