Nghiên cứu quá trình sản xuất beta carotene và lycopene từ gấc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÝ QUỐC VĨ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BETA-CAROTENE VÀ LYCOPENE TỪ GẤC Chuyên ngành: Q trình - Thiết bị Cơng nghệ Hóa học Mã ngành: 605277 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2013 i CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS TS LÊ THỊ KIM PHỤNG Cán chấm nhận xét : PGS TS TRẦN CÔNG LUẬN Cán chấm nhận xét : TS TỐNG THÀNH DANH Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 18 tháng năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch hội đồng : PGS TS PHẠM THÀNH QUÂN Thư ký : TS TRẦN TẤN VIỆT Phản biện : PGS TS TRẦN CÔNG LUẬN Phản biện : TS TỐNG THÀNH DANH Ủy viên : PGS TS LÊ THỊ KIM PHỤNG Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC ii CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lý Quốc Vĩ MSHV: 10290152 Ngày, tháng, năm sinh: 16/08/1986 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học Mã số: 605277 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu trình sản xuất beta-carotene lycopene từ gấc II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  So sánh khả trích ly lycopene beta-carotene phương pháp khác  Khảo sát ảnh hưởng áp suất, nhiệt độ, lưu lượng dung môi lên hiệu trích ly lycopene beta-carotene  Tối ưu hóa q trình trích ly lycopene beta-carotene III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2013 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/12/2013 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Lê Thị Kim Phụng Tp HCM, ngày 21 tháng 01 năm 2013 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC iii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tơi xin bày tỏ lịng tri ân sâu sắc đến Tiến Sĩ Lê Thị Kim Phụng, người tận tình giúp đỡ, dạy tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành tốt luận văn Gia đình hậu phương vững chắc, động lực to lớn giúp tơi vượt qua khó khăn học tập sống Tôi xin chân thành cảm ơn q thầy mơn Q trình - Thiết bị, thầy Khoa Kỹ thuật Hóa học cán phịng Thí nghiệm Trọng điểm Cơng nghệ hóa học Dầu khí - Trường Đại học Bách khoa hết lòng truyền đạt kiến thức giúp tơi có điều kiện thí nghiệm tốt Xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp cao học Q trình - Thiết bị Cơng nghệ hóa học khóa 2010 người bạn tơi động viên, giúp đỡ nhiều suốt thời gian học tập trường thực đề tài iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong loại rau thực phẩm Quả GẤC Việt Nam công nhận nguồn tự nhiên giàu beta-carotene lycopene biết đến Tuy nhiên, Việt Nam giới, Quả Gấc chưa trọng nghiên cứu để đề xuất quy trình trích ly tối ưu β-carotene lycopene từ Gấc, kể sử dụng dung môi hữu lẫn chất lỏng siêu tới hạn Phương pháp trích ly dung mơi siêu tới hạn (SFE) luận văn dùng CO2 có ưu điểm nhiệt độ trích ly thấp, giảm thiểu phân hủy nhiệt hợp chất trích ly; việc phân tách dung môi khỏi sản phẩm dễ dàng, dẫn đến khơng cịn dung mơi sản phẩm trích ly; thời gian trích giảm từ vài tuần, vài ngày xuống cịn vài dùng CO2 tồn q trình giảm phản ứng khơng mong muốn, thân thiện với môi trường… Trong luận văn tiến hành khảo sát ảnh hưởng yếu tố: dung mơi thời gian đến q trình trích ly phương pháp trích ly siêu tới hạn để so sánh hiệu suất trích ly β-carotene lycopene Kết thu cho thấy bổ sung đồng dung mơi cho hiệu suất trích ly cao thời gian trích ly phù hợp Các thí nghiệm tiến hành khảo sát tìm điều kiện tối ưu cho q trình trích ly β–carotene lycopene Kết cho thấy hiệu suất tối đa β–carotene 94,67% lycopene 31,98% điều kiện nhiệt độ 80oC, áp suất 300 bar, lưu lượng dòng CO2 20 g/ph Từ số liệu thực nghiệm mơ hình hồi quy đưa với hai hàm đáp ứng hiệu suất trích ly β-carotene lycopene chịu ảnh hưởng áp suất tốc độ dòng dung môi Từ điều kiện tối ưu quy mô phịng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát quy mô công nghiệp Và kết cho thấy phù hợp thực nghiệm phịng thí nghiệm cơng nghiệp Do ứng dụng phương trình quy hoạch thực nghiệm để tính tốn sơ hiệu suất thu hồi βcarotene lycopene quy mô công nghiệp v ABSTRACT In the kind of vegetables, fruits and foods in Vietnam, gac fruit is recognized and known as a richest natural source of beta-carotene and lycopene to date However, in Vietnam and the world, gac fruit is not focused research to propose an optimal extraction procedures β-carotene and lycopene from Gac, including the use of organic solvents and substances supercritical fluid Extraction method using supercritical solvents (SFE) and is used in this work to be CO2 It has the advantages such as: extraction temperature is low, minimizing the thermal decomposition of compounds extracted, the solvent separated from the product easily, resulting is no solvent in extracted products; extraction time reduced from a few weeks, a few days to a few hours and the use of CO2 in the whole process of reducing unwanted reactions, friendly environment In this work, which conducted a survey of the influence factors: solvent and time affect the extraction process by means of supercritical extraction to compare the extraction yield of β-carotene and lycopene The results showed that the addition of co-solvents increased extraction yield and suitable extraction time for extraction was hours The next experiment was survey to find out the optimum conditions for the extraction of β-carotene and lycopene The results showed that the highest yield were 94,67% of β-carotene and 31.98% of lycopene in the conditions such as: temperature of 80°C, pressure of 300 bar, CO2 flow rate of 20 g/min From the experimental data regression model was launched with two functions meet extraction yield of lycopene and β-carotene is affected by pressure and flow rate of the solvent From the optimal conditions in the laboratory scale, the research team conducted surveys in industrial scale And the results showed conformity between experimental and industrial laboratories Therefore, the regression equation could be applied to calculate extraction yield of β-carotene and lycopene on industrial scale vi MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT LUẬN VĂN iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH BẢNG xii DANH SÁCH HÌNH xiii CHƯƠNG 1-MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC 1.6 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CHƯƠNG 2-TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 TỔNG QUAN VỀ GẤC VÀ CÁC THÀNH PHẦN HỢP CHẤT 2.1.1 GIỚI THIỆU VỀ GẤC 2.1.1.1 Tên gọi vii 2.1.1.2 Đặc điểm thực vật 2.1.1.3 Phân bố thời vụ 2.1.1.4 Thành phần hóa học 2.1.1.5 Một số ứng dụng gấc 2.1.2 HỢP CHẤT CAROTENOID 2.1.2.1 Giới thiệu chung 2.1.2.2 Cấu trúc 11 2.1.2.3 Phân loại 12 2.1.2.4 Tính chất 13 2.1.2.5 Vai trò sinh học 14 2.1.3 β-CAROTENE 14 2.1.4 LYCOPENE 16 2.1.5 CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC 18 2.1.5.1 Ngồi nước 18 2.1.5.2 Trong nước 19 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT TRUYỀN THỐNG 21 2.2.1 Chiết phương pháp ngấm kiệt (Percolation) 21 2.2.2 Chiết phương pháp ngâm lâu (Maceration) 22 viii 2.2.3 Chiết phương pháp ngấm kiệt ngược dòng 22 2.2.4 Chiết Soxhlet 23 2.2.5 Chiết cách đun hoàn lưu 24 2.2.6 Chiết phương pháp lôi nước 24 2.3 TRÍCH LY SIÊU TỚI HẠN 25 2.3.1 LÝ THUYẾT SIÊU TỚI HẠN 25 2.3.1.1 Trạng thái siêu tới hạn 25 2.3.1.2 Đặc điểm dung môi siêu tới hạn 26 2.3.1.3 CO2 siêu tới hạn 28 2.3.2 TRÍCH LY BẰNG DUNG MÔI SIÊU TỚI HẠN 29 2.3.2.1 Mơ tả q trình 29 2.3.2.2 Trích ly nguyên liệu lỏng 32 2.3.2.3 Trích ly nguyên liệu rắn 32 2.3.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 34 2.3.3.1 Ưu điểm 34 2.3.3.2 Nhược điểm 36 2.3.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng 37 2.3.4 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRÍCH LY β-CAROTENE VÀ LYCOPENE TỪ CÁC LOẠI RAU QUẢ BẰNG CO2 SIÊU TỚI HẠN 42 ix CHƯƠNG 3-NGUYÊN LIỆU - THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45 3.1 NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT 45 3.1.1 Bột Gấc 45 3.1.2 Hóa chất 45 3.2 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 46 3.2.1 Thiết bị trích ly siêu tới hạn 46 3.2.2 Thiết bị cô quay chân không 48 3.2.3 Thiết bị phân tích sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) 49 3.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 51 3.3.1 Cơ sở phương pháp nghiên cứu 51 3.3.2 Sơ đồ nghiên cứu 51 3.3.3 Quy trình trích ly β-carotene, lycopene 52 3.3.4 Quy hoạch thí nghiệm 55 3.3.4.1 Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm 55 3.3.4.2 Quy hoạch thực nghiệm đa mục tiêu 56 3.3.4.3 Thực nghiệm yếu tố toàn phần 58 3.3.4.4 Thiết lập thí nghiệm phương pháp tính tốn 59 3.3.5 Phương pháp tính tốn 62 ... ngành: Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học Mã số: 605277 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu trình sản xuất beta- carotene lycopene từ gấc II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  So sánh khả trích ly lycopene beta- carotene. .. β -carotene lycopene có Gấc đề tài nghiên cứu để đưa quy trình sản xuất β -carotene lycopene tối ưu phương pháp trích ly đại 1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Để đáp ứng yêu cầu đề tài, đối tượng nghiên cứu. .. nhận nguồn tự nhiên giàu beta- carotene lycopene biết đến Tuy nhiên, Việt Nam giới, Quả Gấc chưa trọng nghiên cứu để đề xuất quy trình trích ly tối ưu β -carotene lycopene từ Gấc, kể sử dụng dung môi