TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUỲNH XUÂN PHƯƠNG TỔNG HỢP PHỨC HỢP GIỮA TINH DẦU SẢ CHANH VỚI β-CYCLODEXTRIN VÀ ỨNG DỤNG BẢO QUẢN QUẢ ĐU ĐỦ LUẬN VĂN CỬ NHÂN HÓA HỌC Đà Nẵng - Năm 2024... ĐẠ
Mục tiêu nghiên cứu
- Tổng hợp phức hợp giữa β-cyclodextrin với tinh dầu sả chanh
- Thử nghiệm khả năng bảo quản trái cây của phức hợp trên với quả đu đủ.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết
Tài liệu và sách báo trong và ngoài nước đã được tổng hợp để nghiên cứu khả năng tạo phức và bảo quản trái cây bằng phức hợp tinh dầu/β-cyclodextrin Việc tìm hiểu thực tế về ứng dụng này giúp xác định hiệu quả trong việc bảo quản và nâng cao chất lượng trái cây.
Nghiên cứu thực nghiệm
- Phương pháp đồng kết tủa theo tỉ lệ phản ứng phù hợp dùng để tổng hợp phức hợp
- Phương pháp phân tích hiện đại được sử dụng để xác định tính chất đặc trưng của phức hợp
- Phương pháp đánh giá khả năng bảo quản trái cây bằng phức hợp tinh dầu/β- cyclodextrin.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng tinh dầu thiên nhiên kết hợp với β-cyclodextrin tạo ra phức hợp có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo quản trái cây Sự kết hợp này không chỉ nâng cao hiệu quả bảo quản mà còn tận dụng nguồn nguyên liệu tự nhiên, góp phần vào việc phát triển các phương pháp bảo quản an toàn và hiệu quả hơn cho trái cây.
Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Tổng hợp phức hợp theo phương pháp đồng kết tủa giữa tinh dầu sả chanh với β-cyclodextrin
Nội dung 2: Xác định đặc trưng tính chất của các phức hợp bằng các phương pháp phân tích hiện đại
Nội dung 3: Đánh giá khả năng bảo quản quả đu đủ của phức hợp.
Cấu trúc khoá luận
Khóa luận tốt nghiệp bao gồm các phần như mở đầu, ký hiệu chữ viết tắt, danh mục bảng, hình, đồ thị, sơ đồ, kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục Nội dung khóa luận được tổ chức thành các chương rõ ràng và mạch lạc.
- Chương 1: Tổng quan tài liệu
- Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu
- Chương 3: Kết quả và thảo luận
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nguyên liệu
Quả đu đủ được thu hoạch và lựa chọn kỹ lưỡng tại vườn của người dân phường Điện Nam Trung, thị xã Điện Bàn, tỉnh Quảng Nam Những quả đu đủ được chọn phải còn xanh, có chất lượng đồng đều, không bị hư hỏng hay sâu bệnh.
Hoá chất, dụng cụ và thiết bị
Nghiên cứu này sử dụng các hóa chất thông dụng trong phòng thí nghiệm, được liệt kê trong Bảng 2.1, cùng với nước cất một lần Tất cả các hóa chất được sử dụng đều có độ tinh khiết phân tích, đảm bảo chất lượng cho các thí nghiệm.
Bảng 2.1 Bảng hóa chất dùng trong quá trình nghiên cứu
STT Tên hóa chất Nồng độ/độ tinh khiết Xuất xứ
1 β-cyclodextrin (β-CD), dạng bột 99% Sigma-Aldrich
2 Tinh dầu sả chanh 98% Việt Nam
Zn(CH3COO)2.2H2O 23% Trung Quốc
5 Dung dịch Luffschoorl - Trung Quốc
6 Dung dịch Ethanol 70⁰ Việt Nam
7 Dung dịch Hydrochloric acid (HCl) 37% Trung Quốc
9 Dung dịch Iodine 0,1N và 0,01N Trung Quốc
10 Dung dịch Sodium thiosulfate (Na2S2O3) 0,1N Trung Quốc
12 Dung dịch hồ tinh bột 1% và 0,5% Trung Quốc
13 Dung dịch Sodium hydroxide (NaOH) 0,1N Trung Quốc
2.2.2 Dụng cụ và thiết bị
Dụng cụ và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu được thể hiện ở bảng 2.2
Bảng 2.2 Bảng dụng cụ, thiết bị dùng trong quá trình nghiên cứu
STT Tên dụng cụ Số lượng
1 Bình tam giác 50 mL, 100 mL, 250 mL 5
2 Bình định mức 500 mL, 100 mL 5
3 Cốc thủy tinh 50 mL, 100 mL, 500 mL, 1000 mL 5
7 Nồi cách thủy, bếp điện 2
8 Ống sinh hàn hồi lưu 1
13 Cân phân tích Precisa XB 2200C 1
14 Máy khuấy từ có gia nhiệt - C - MAG HS 7 - 00035812A0 1
Phương pháp tổng hợp phức hợp
2.3.1 Tổng hợp phức hợp giữa tinh dầu với β-CD
Quy trình tổng hợp phức hợp tinh dầu/β-CD được thể hiện ở hình 2.1:
Hình 2.12.Sơ đồ tổng hợp phức tinh dầu/β−CD
Phức hợp giữa tinh dầu và β-cyclodextrin (β-CD) được tổng hợp thông qua phương pháp đồng kết tủa trong dung môi nước Cụ thể, 1,135g (1mmol) β-cyclodextrin được cân và cho vào bình cầu, sau đó thêm nước cất và khuấy đều cho đến khi chất rắn tan hoàn toàn ở nhiệt độ 55°C.
Bình cầu có lắp ống sinh hàn
Khuấy đến khi chất rắn tan hoàn toàn
Phức tinh dầu/β-CD được thu được bằng cách khuấy từ điều nhiệt, sau đó tinh dầu được khuấy tiếp tục ở nhiệt độ ổn định 55 oC Sau khi làm nguội, sản phẩm được lọc và thu được chất rắn màu trắng dạng bột mịn Sản phẩm sau khi lọc được sấy khô ở điều kiện tự nhiên và bảo quản ở nhiệt độ mát, tránh ánh sáng trực tiếp.
2.3.2 Khảo sát tỷ lệ giữa tinh dầu và β-CD
Tỷ lệ mol/mol giữa tinh dầu (tính gần đúng theo chất chiếm thành phần chính trong tinh dầu là citral) và β-CD được khảo sát lần lượt là: 0,5/1; 1,0/1; 1,5/1; 2,0/1; 2,5/1
Cho 0,277g (0,2mmol) β-CD vào bình cầu, lắp vào bếp khuấy từ điều nhiệt với tốc độ 700 vòng/phút và nhiệt độ 55 oC Thêm nước vào và khuấy đều cho đến khi chất rắn tan hoàn toàn Sau đó, bổ sung V (mL) tinh dầu theo tỷ lệ đã định và tiếp tục khuấy ở 55 oC.
Sau khi lọc chất rắn thu được từ phản ứng, tiến hành làm khô tự nhiên và cân trọng lượng Tiến hành vẽ đồ thị biểu diễn để phân tích kết quả Dựa vào khối lượng phức đã thu được, xác định tỷ lệ tối ưu giữa tinh dầu và β-CD.
2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khối lượng phức thu được
Quy trình tổng hợp tinh dầu/β-CD được thực hiện với tỷ lệ mol tối ưu và thời gian khuấy khảo sát là 15, 30, 60, 90 và 120 phút Sau khi phản ứng kết thúc, phức được lọc, sấy khô và cân để xác định thời gian khuấy tối ưu.
Phương pháp xác định đặc trưng phức hợp
2.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction, XRD)
Nghiên cứu cấu trúc tinh thể vật chất là cần thiết vì nó ảnh hưởng đến các tính chất của vật liệu Phương pháp phổ biến hiện nay để nghiên cứu cấu trúc tinh thể là XRD, với nhiều ưu điểm như không phá hủy mẫu và chỉ cần một lượng nhỏ vật liệu để phân tích Nhiễu xạ tia X cung cấp thông tin về kích thước tinh thể và dựa trên hiện tượng nhiễu xạ Bragg, khi chiếu chùm tia X lên tinh thể Theo đó, các mặt phẳng thỏa mãn hệ thức Bragg sẽ tạo ra chùm tia nhiễu xạ mạnh, được mô tả bằng công thức nλ = 2dhkl.sinθ.
Khi n là số nguyên, λ là bước sóng của tia X, dhkl là khoảng cách giữa hai mặt phẳng mạng có chỉ số Miller hkl và θ là góc nhiễu xạ, các mẫu được kiểm tra thông qua việc vẽ biểu đồ vị trí góc và cường độ của các đỉnh nhiễu xạ thu được.
Hình 2.13 Nguyên lý của phương pháp XRD và sơ đồ chùm tia tới và chùm tia nhiễu xạ trên tinh thể [19]
Kích thước tinh thể có thể được xác định thông qua việc đo bề rộng đỉnh trong mẫu nhiễu xạ tia X, và điều này có thể được giải thích bằng phương trình Debye-Scherrer.
Công thức t = Kλ / (Bcosθ) mô tả mối quan hệ giữa kích thước tinh thể (t) và các yếu tố khác như hệ số hình dạng tinh thể (K), bước sóng tia X (λ), góc nhiễu xạ (θ) và bề rộng ở nửa cường độ cực đại (B) của mặt phẳng cụ thể (hkl) tính bằng radian K cũng được biết đến là hằng số Scherrer, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định kích thước tinh thể.
Hình 2.14 Máy phân tích nhiễu xạ Tia X D8 Advance Eco
Giản đồ PXRD của β-CD và LEO/β-CD được thực hiện trên máy đo nhiễu xạ X D8 Advance Eco – Bruker (Đức), sử dụng máy phát tia X Cu-anot quay với λ = 1,5406Å, hoạt động ở 40kV và 25mA Chùm tia X tới Cu được sử dụng để phân tích cấu trúc của các mẫu.
Kα được đơn sắc hóa bằng gương nhiều tia thẳng đứng nhằm loại bỏ bức xạ Kβ, tạo ra chùm tia song song với bề rộng 0,05mm Quá trình quét 2θ diễn ra từ 3,0 đến 40,0° với bước tăng dần 0,019° và thời gian cho mỗi bước là 0,3 giây Phổ PXRD được đo tại khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng (Hình 2.3).
2.4.2 Phương pháp chụp ảnh qua kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscopy, SEM)
Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là công cụ mạnh mẽ để phân tích hình thái học bề mặt và thành phần hóa học của vật liệu ở độ phóng đại cao Trong thiết bị SEM tiêu chuẩn, dòng điện tử được tạo ra từ dây tóc và hướng về phía mẫu thông qua hai tụ quang điện tử, sử dụng thế điện tử dương Dòng điện tử này được giới hạn và hội tụ bởi các khẩu độ kim loại và thấu kính từ tính, tạo thành một chùm đơn sắc mỏng và hội tụ.
Hình 2.15 Nguyên lý hoạt động của SEM
Trong khoá luận này, hình thái của các mẫu β-CD và LEO/β-CD rắn được nghiên cứu thông qua kính hiển vi điện tử quét JSM-IT200 InTouchScope™ tại khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng, với độ phóng đại lên đến ×5000 (Hình 2.5).
Hình 2.16 Thiết bị kính hiển vi điện tử SEM JSM – IT 200
2.4.3 Phương pháp đo phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FT-IR)
Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) là một kỹ thuật mạnh mẽ dùng để thu nhận phổ hồng ngoại thông qua việc hấp thụ bức xạ hồng ngoại của mẫu nghiên cứu Khi bức xạ IR đi qua mẫu, một phần bị hấp thụ trong khi phần còn lại được truyền đi, cho phép ghi nhận các dao động đặc trưng của liên kết hóa học giữa các nguyên tử Kỹ thuật này có khả năng phân tích cấu trúc, định tính và định lượng với độ nhạy cao, ngay cả khi mẫu chỉ có bề dày 50nm.
Hình 2.17 Nguyên lý hoạt động của máy quang phổ hồng ngoại [4]
Trong khoá luận này, thiết bị sử dụng để đo mẫu phổ FT-IR của β-CD và LEO/β-
CD trong nghiên cứu là máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier JASCO FT/IR-
6800 (JASCO Analytical Instruments, Mỹ), quét từ 500 - 4000cm -1 , tại khoa Hóa học - trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng (Hình 2.7)
Hình 2.18 Thiết bị đo phổ hồng ngoại JASCO FT/IR-6800
2.4.4 Phân tích nhiệt trọng (TGA) và nhiệt quét vi sai (DSC)
Phân tích nhiệt trọng (TGA) là phương pháp đo sự thay đổi khối lượng của mẫu khi được nung nóng hoặc làm mát, giúp nghiên cứu các quá trình như phân hủy, thăng hoa, kết tinh và thủy phân Trong quá trình TGA, mẫu được đặt trong buồng nung và được điều chỉnh nhiệt độ theo một tốc độ xác định, trong khi khối lượng của mẫu được theo dõi liên tục bằng cân nhạy Kết quả của sự thay đổi khối lượng được thể hiện dưới dạng đồ thị theo thời gian hoặc nhiệt độ.
Nhiệt quét vi sai (DSC) là phương pháp đo sự khác biệt về nhiệt dung giữa một mẫu và mẫu đối chứng khi chúng được nung nóng hoặc làm mát đồng thời DSC được áp dụng để nghiên cứu các quá trình như pha chuyển tiếp, phản ứng hóa học và thủy phân Trong phân tích DSC, hai mẫu được đặt trong các buồng nung và được điều chỉnh nhiệt độ theo một tốc độ xác định Nhiệt dung của hai mẫu được đo liên tục bằng cặp nhiệt điện, và sự khác biệt về nhiệt dung được biểu diễn dưới dạng đồ thị theo thời gian hoặc nhiệt độ.
Mẫu phân tích nhiệt trọng và nhiệt quét vi sai của hai mẫu rắn β−CD và
LEO/β−CD được phân tích bằng máy STA 6000 Simultaneous Thermal Analyzer tại khoa Hóa, trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng Mẫu rắn khoảng 10 mg được đặt trên đĩa nhôm và được gia nhiệt với tốc độ 10 °C/phút trong môi trường nitrogen với tốc độ dòng 20 cm³/phút Nhiệt độ phân tích dao động từ 30 đến 300 °C.
Khảo sát ảnh hưởng của phức hợp tinh dầu/β-cyclodextrin đến thời gian bảo quản quả đu đủ
2.5 Khảo sát ảnh hưởng của phức hợp tinh dầu/β-CD đến thời gian bảo quản quả đu đủ
Vào tháng 9 năm 2023, trái cây được thu hoạch và lựa chọn những quả đu đủ có kích thước, màu sắc đồng nhất Thí nghiệm sử dụng 30 quả đu đủ, được rửa sạch dưới vòi nước chảy và lau bằng ethanol trước khi để khô tự nhiên Sau đó, trái cây được chia thành 15 hộp carton, phân thành 5 nhóm riêng biệt, bao gồm nhóm đối chứng và hai nhóm sử dụng LEO/β-CD với hàm lượng 0,25g/100g và 1,0g/100g trái Mục tiêu của thí nghiệm là khảo sát ảnh hưởng của phức hợp này đến thời gian bảo quản trái cây.
2.5.2 Quy trình bảo quản trái cây bằng phức hợp tinh dầu/β-cyclodextrin
Để thực hiện nghiên cứu về ảnh hưởng của phức hợp tinh dầu/β-cyclodextrin đến thời gian bảo quản quả đu đủ, cần sử dụng 02 quả đu đủ cho mỗi mẫu và cho vào hộp carton kích thước 35x25x15 cm Sau đó, cân khối lượng phức hợp theo tỷ lệ, cho vào túi lọc, dán túi lọc lên thành hộp carton, đóng nắp và bảo quản ở điều kiện phòng Các mẫu trái cây sẽ được đo các chỉ tiêu chất lượng vật lý và hóa học tại các mốc thời gian 0, 2, 4, 6 và 8 ngày để khảo sát hiệu quả của phức hợp này.
2.5.3 Phương pháp đánh giá khả năng bảo quản quả đu đủ Đánh giá các chỉ tiêu vật lý của trái cây:
2.5.3.1 Phương pháp đo độ hao hụt khối lượng
Để bảo quản đu đủ hiệu quả, cần cân chính xác các mẫu trái cây trước khi lưu trữ Trong quá trình bảo quản, nên theo dõi và tính toán độ hao hụt khối lượng của mẫu so với khối lượng ban đầu tại các mốc thời gian xác định.
Công thức tính độ tăng giảm khối lượng như sau:
+ m0 là khối lượng của đu đủ ban đầu + mt là khối lượng của đu đủ tại ngày bảo quản thứ t
2.5.3.2 Phương pháp đo độ cứng [31] Độ cứng trái cây có thể được đo bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm:
Phương pháp cảm quan là một kỹ thuật đơn giản và dễ áp dụng để đánh giá độ cứng của trái cây, thường sử dụng ngón tay hoặc que chọc Tuy nhiên, phương pháp này có độ chính xác thấp và phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của người thực hiện.
Phương pháp đo lực là cách chính xác nhất để xác định độ cứng của trái cây, sử dụng các thiết bị chuyên dụng để đo lực cần thiết nhằm xuyên qua trái cây Có nhiều loại thiết bị đo lực khác nhau được sử dụng trong quá trình này.
+ Máy đo độ cứng Impact: Máy đo độ cứng này sử dụng một viên bi hoặc quả cầu để xuyên qua trái cây
+ Máy đo độ cứng Penetrometer: Máy đo độ cứng này sử dụng một đầu dò để xuyên qua trái cây (ví dụ: máy đo độ cứng LUTRON FR-5120)
+ Máy đo độ cứng Compression: Máy đo độ cứng này sử dụng một lực nén để đo độ cứng trái cây
Phương pháp đo âm thanh là một kỹ thuật sử dụng âm thanh phát ra khi xuyên qua trái cây để xác định độ cứng của chúng Mặc dù phương pháp này mang lại độ chính xác cao, nhưng nó cần thiết bị chuyên dụng để thực hiện.
Trong nghiên cứu này, độ cứng của đu đủ được xác định bằng máy LUTRON FR-5120 tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Duy Tân, sử dụng đầu đo có đường kính 6 mm.
6 mm, chiều sâu 4 mm Đơn vị được ghi lại khi đo độ cứng trái cây là Newton (N)
Hình 2.20 Thiết bị đo độ cứng LUTRON FR-5120 2.5.3.3 Phương pháp đo độ màu [31] Độ màu trái cây có thể được đo bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm:
Phương pháp cảm quan là một kỹ thuật đơn giản và dễ áp dụng, trong đó người dùng sử dụng mắt để đánh giá màu sắc của trái cây Tuy nhiên, phương pháp này có độ chính xác thấp và phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của người thực hiện.
Phương pháp quang học là cách đo độ màu trái cây chính xác nhất, sử dụng thiết bị đo quang để xác định cường độ ánh sáng phản xạ từ bề mặt trái cây Các thiết bị đo quang này có nhiều loại khác nhau, phục vụ cho việc phân tích và đánh giá chất lượng trái cây.
+ Máy đo màu Chromameter: Máy đo màu này sử dụng bộ lọc màu để phân tích màu sắc của trái cây
+ Máy đo màu Spectrometer: Máy đo màu này sử dụng quang phổ để phân tích màu sắc của trái cây
Trong nghiên cứu này, độ màu được đo bằng máy CHN spec tại Khoa Hóa học - Trường Đại Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại học Đà Nẵng Sau khi thực hiện quá trình chỉnh trắng và đen, máy đo được sử dụng để đo trực tiếp trên vỏ đu đủ trong điều kiện ánh sáng phòng thí nghiệm Kết quả đo được ghi lại với các chỉ số L*, a*, b* và h*.
Hình 2.21 Thiết bị đo độ màu CHN spec Đánh giá các chỉ tiêu hóa học của trái cây:
2.5.3.4 Phương pháp đo chất rắn hòa tan [32]
Có hai phương pháp chính để đo tổng lượng chất rắn hòa tan (TDS) là phân tích trọng lượng và độ dẫn điện Phân tích trọng lượng là phương pháp chính xác nhất, liên quan đến việc bốc hơi dung môi lỏng và đo khối lượng dư lượng Mặc dù phương pháp này tốn nhiều thời gian, nhưng nó vẫn là lựa chọn tốt nhất Nếu muối vô cơ chiếm phần lớn trong TDS, thì các phương pháp trọng lượng sẽ rất phù hợp để đo lường.
Máy đo Brix (khúc xạ kế - refractometer) được sử dụng để đo nồng độ chất rắn hòa tan trong trái cây bằng cách phân tích tia sáng khúc xạ khi đi qua dung dịch Thiết bị này xác định chỉ số khúc xạ, từ đó suy ra độ Brix của dung dịch.
Trong luận văn này, độ màu đo được bằng máy khúc xạ kế đo độ ngọt Atago Pal-
Tại khoa Hóa học - Trường Đại Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại học Đà Nẵng, tiến hành thí nghiệm với 10g thịt quả đu đủ Quá trình thực hiện bao gồm việc xay nhuyễn thịt quả bằng máy xay sinh tố cầm tay, sau đó vắt dịch trái qua túi lọc Dịch được thu được sẽ được nhỏ trực tiếp lên máy đo độ Brix, từ đó tổng chất rắn hòa tan được đọc bằng mắt thường và ghi lại kết quả với đơn vị là o Brix.
Hình 2.22 Thiết bị đo chất rắn hòa tan, khúc xạ kế đo độ ngọt Atago Pal-2 2.5.3.5 Phương pháp đo vitamin C
Vitamin C trong quả đu đủ được xác định bằng phương pháp chuẩn độ theo quy trình như sau:
Cho 2g nguyên liệu và 10mL HCl 2% vào cối sứ, sau đó thêm 20mL HCl 2% và nghiền tiếp Chuyển toàn bộ hỗn hợp vào bình tam giác, dùng 10mL HCl 2% tráng cối và cho vào bình Chuyển dịch chiết sang bình định mức 50mL, thêm nước cất đến vạch và để trong tối khoảng 10 phút để acid ascorbic hòa tan hoàn toàn, rồi lọc lấy dịch trong Lấy 10mL dịch lọc cho vào bình tam giác 100mL, thêm 10 giọt tinh bột 0,5% và lắc nhẹ Dùng I2 0,01N chuẩn độ đến khi dung dịch xuất hiện màu xanh lam nhạt, lặp lại thí nghiệm 03 lần, ghi lại số liệu và tính toán kết quả Lượng vitamin C được tính theo công thức.
- X: Hàm lượng vitamin C có trong nguyên liệu (%)
- Vc: Số mL dung dịch I2 0,01N chuẩn độ
- Vf: Số mL dung dịch mẫu đem phân tích
- V: Dung tích mẫu pha loãng (50mL)
- g: Số gam nguyên liệu đem phân tích (2g)
- 0,00088: Số gam vitamin C tương đương với 1mL I2 0,01N
Phương pháp xứ lý số liệu
- Xử lý số liệu bằng phần mềm MS Excel
- Vẽ đồ thị FT-IR, PXRD, TGA-DSC và các chỉ tiêu hóa lý của trái cây bằng phần mềm Graphpad Prism 6.