Nghiên cứu phương pháp chiết tách phẩm màu annatto từ hạt điều nhuộm bằng dung môi vô cơ

1. Tên đề tài: Nghiên cứu phương pháp chiết tách phẩm màu annatto từ hạt điều nhuộm bằng dung môi vô cơ 2. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị: Bộ dụng cụ chƣng ninh, máy đo quang UVVis, máy đo pH, tủ sấy, lò nung, cân phân tích, cốc thủy tinh, bình tam giác, ống nghiệm, bếp đun bình cầu, bếp cách thủy, cốc sứ, các loại pipet, ... 3. Nội dung nghiên cứu: − Xác định độ ẩm, hàm lƣợng tro, hàm lƣợng kim loại trong hạt điều. − Chiết tách phẩm màu annatto bởi các dung môi vô cơ: NaOH, nƣớc − Dùng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử UVVis để khảo sát bƣớc sóng hấp thụ, dựa vào độ hấp thụ để nghiên cứu khảo sát tối ƣu các điều kiện chiết. − Nhận định, chọn lựa giá trị tối ƣu về phƣơng pháp. − Định tính, định lƣợng dịch chiết của quy trình đã chọn. − Kiểm tra, đánh giá lại quy trình đã chọn.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA 



PHAN THỊ KIỀU NGUYÊN

NGHIÊN CỨU PHƯ NG PH P CHIẾT TÁCH PHẨM MÀU ANNATTO TỪ HẠT ĐIỀU NHUỘM

ẰNG UNG M I V C

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SƯ PHẠM

Đà Nẵng − năm 2012

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA 

NGHIÊN CỨU PHƯ NG PH P CHIẾT TÁCH PHẨM MÀU ANNATTO TỪ HẠT ĐIỀU NHUỘM

ẰNG UNG M I V C

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SƢ PHẠM

Sinh viên thực hiện : Phan Thị Kiều Nguyên

Lớp : 08SHH

Giáo viên hướng dẫn : GS.TS Đào Hùng Cường

Đà Nẵng − năm 2012

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHSP Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA HOÁ -

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Phan Thị Kiều Nguyên Lớp: 08SHH

1 Tên đề tài: Nghiên cứu phương pháp chiết tách phẩm màu annatto từ hạt điều nhuộm bằng dung môi vô cơ

2 Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị: Bộ dụng cụ chưng ninh, máy đo quang UV-Vis, máy đo pH, tủ sấy, lò nung, cân phân tích, cốc thủy tinh, bình tam giác, ống nghiệm, bếp đun bình cầu, bếp cách thủy, cốc sứ, các loại pipet,

3 Nội dung nghiên cứu:

− Xác định độ ẩm, hàm lượng tro, hàm lượng kim loại trong hạt điều

− Chiết tách phẩm màu annatto bởi các dung môi vô cơ: NaOH, nước

− Dùng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis để khảo sát bước sóng hấp thụ, dựa vào độ hấp thụ để nghiên cứu khảo sát tối ưu các điều kiện chiết

− Nhận định, chọn lựa giá trị tối ưu về phương pháp

− Định tính, định lượng dịch chiết của quy trình đã chọn

− Kiểm tra, đánh giá lại quy trình đã chọn

4 Giáo viên hướng dẫn: GS.TS Đào Hùng Cường

5 Ngày giao đề tài: 06/04/2011

6 Ngày hoàn thành: 20/05/2012

Chủ nhiệm Khoa Giáo viên hướng dẫn

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày 25 tháng 5 năm 2012

Kết quả điểm đánh giá:

Ngày…tháng…năm 2012

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

LỜI CẢM N

Sau những năm tháng học tập dưới mái trường Đại Học Sư Phạm - Đại Học

Đà Nẵng, hành trang mà em có được chính là những kiến thức về ngành sư phạm hóa học mà thầy cô đã truyền thụ, những kỹ năng cơ bản của một nhà kĩ sư tâm hồn Những kiến thức này sẽ là hành trang giúp em bước vào cuộc sống và công việc của mình sau này

Lời đầu tiên, em xin gởi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô Khoa Hóa học đã tận tâm dạy dỗ em trong suốt những năm tháng học tập dưới mái trường Các thầy cô không những truyền đạt cho em những kiến thức sách vở mà còn chỉ bảo cho em những kinh nghiệm cuộc sống, tất cả những điều đó sẽ giúp cho

em vững tin bước vào cuộc đời sắp tới

Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo GS.TS Đào Hùng Cường, người đã luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất để em nghiên cứu khoa học Thầy tận tình giúp đỡ, dìu dắt em trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này, cũng như hoàn thành luận văn này Em đã học được từ thầy rất nhiều điều thật quý giá, giúp em vững vàng hơn trước khi bước vào cuộc sống tự lập Tình cảm và kiến thức của thầy đã dạy bảo cho em mãi mãi là một kỷ niệm không bao giờ quên của những năm tháng học tập dưới mái trường này Em kính chúc thầy thật nhiều sức khỏe để tiếp tục sự nghiệp trồng người của mình và gặt hái nhiều thành công trong công việc cũng như trong cuộc sống

Em cũng xin gởi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô công tác tại phòng thí nghiệm khoa Hóa - trường Đại Học Sư Phạm, Trường Đại Học Bách Khoa đã giúp

đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này Em cũng cảm ơn sự động viên, giúp đỡ và chia sẻ những khó khăn của các bạn cùng lớp trong quá trình thực hiện luận văn

Sinh viên

Phan Thị Kiều Nguyên

MỤC LỤC

Trang

Trang bìa

Trang phụ bìa Nhiệm vụ khóa luận tốt nghiệp Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình ảnh LỜI MỞ ĐẦU ··· 1

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Tổng quan về phẩm màu ··· 4

1.1.1 Khái niệm phẩm màu ··· 4

1.1.2 Phân loại phẩm màu ··· 4

1.1.3 Phân loại phẩm màu tự nhiên 5

1.2 Giới thiệu về cây điều nhuộm ··· 11

1.2.1 Thực vật học về cây điều nhuộm ··· 11

1.2.2 Thành phần hóa học của cây điều nhuộm ··· 13

1.2.3 Phẩm màu annatto ··· 14

1.2.4 Tính chất hóa học của phẩm màu annatto ··· 14

1.2.5 Ứng dụng của phẩm màu annatto ··· 16

1.2.5.1 Tác dụng dược học ··· 16

1.2.5.2 Phẩm màu trong thực phẩm ··· 16

1.2.5.3 Thuốc nhuộm màu tự nhiên ··· 17

1.2.6 Tình hình nghiên cứu sử dụng chất màu ở Việt Nam và trên thế giới ···· 18

1.3 Phương pháp chiết tách 20

1.3.1 Phương pháp chiết 20

1.3.2 Phương pháp tách 24

1.4 Phương pháp trọng lượng 26

1.5 Phương pháp đo quang phổ hấp thụ AAS ··· 28

1.5.1 Giới thiệu phương pháp ··· 28

1.5.2 Nguyên tắc phép đo ··· 28

1.5.3 Quy trình phép đo AAS ··· 29

1.6 Phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis ··· 30

1.6.1 Giới thiệu phương pháp ··· 30

1.6.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp ··· 31

1.6.3 Các điều kiện tối ưu của phương pháp phân tích ··· 31

1.6.4 Máy đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis ··· 33

Chương 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36

2.1 Nguyên liệu, dụng cụ, hoá chất ··· 36

2.1.1 Thu gom nguyên liệu ··· 36

2.1.2 Xử lí nguyên liệu ··· 36

2.1.3 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất ··· 36

2.2 Sơ đồ quy trình nghiên cứu 37

2.3 Các phương pháp xác định chỉ tiêu hóa lý 38

2.3.1 Xác định độ ẩm ··· 38

2.3.2 Xác định hàm lượng tro bằng phương pháp tro hóa mẫu ··· 38

2.3.3 Xác định hàm lượng một số kim loại ··· 39

2.4 Phương pháp chiết và khảo sát các điều kiện chiết annatto từ hạt điều nhuộm.40 2.4.1 Phương pháp chưng ninh ··· 40

2.4.2 Khảo sát điều kiện chưng ninh 40

2.5 Kiểm tra, đánh giá chất lượng phẩm màu annatto ··· 41

2.6 Phương pháp định lượng tổng phẩm màu ··· 42

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44

3.1 Kết quả xác định một số chỉ tiêu hóa lý của hạt điều nhuộm 44

3.1.1 Độ ẩm 44

3.1.2 Hàm lượng tro 44

3.1.3 Hàm lượng một số kim loại 45

3.2 Xây dựng quy trình chiết tách phẩm màu annatto trong dung môi NaOH ··· 46

3.2.1 Khảo sát nồng độ dung dịch NaOH chiết tối ưu ··· 46

3.2.1.1 Kết quả khảo sát theo mật độ quang ··· 46

3.2.1.2 Kết quả khảo sát theo phương pháp trọng lượng ··· 47

3.2.2 Khảo sát tỷ lệ rắn – lỏng tối ưu ··· 48

3.2.2.1 Kết quả khảo sát theo mật độ quang 48

3.2.2.2 Kết quả khảo sát theo phương pháp trọng lượng ··· 49

3.2.3 Khảo sát thời gian chiết tối ưu ··· 50

3.2.3.1 Kết quả khảo sát theo mật độ quang ··· 50

3.2.3.2 Kết quả khảo sát theo phương pháp trọng lượng ··· 52

3.3 Xây dựng quy trình chiết annatto từ hạt điều nhuộm trong dung môi nước ··· 52

3.3.1 Khảo sát thời gian chiết tối ưu ··· 52

3.3.1.1 Kết quả khảo sát theo mật độ quang 52

3.3.1.2 Kết quả khảo sát theo phương pháp trọng lượng 54

3.3.2 Khảo sát tỷ lệ rắn – lỏng ··· 54

3.3.2.1 Kết quả khảo sát theo mật độ quang 54

3.3.2.2 Kết quả khảo sát theo phương pháp trọng lượng 55

3.4 Điều kiện tối ưu về phương pháp ··· 56

3.5 Kết quả kiểm tra, đánh giá chất lượng phẩm màu annatto ··· 58

3.5.1 Kiểm tra định tính ··· 58

3.5.2 Kết quả đánh giá cảm quan và hàm lượng kim loại nặng của phẩm màu 60 3.5.3 Định lượng tổng chất màu

61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ··· 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AAS : Quang phổ hấp thụ phân tử CTPT : Công thức phân tử

CTCT : Công thức cấu tạo

D : Mật độ quang

M : Mẫu R/L : Tỉ lệ nguyên liệu rắn/ dung môi lỏng UV-Vis: Phổ tử ngoại khả kiến

JECFA : Ủy ban hợp tác chuyên gia của tổ chức lương thực thế giới và tổ

chức y tế thế giới về các chất phụ gia thực phẩm QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

BYT : Bộ y tế TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

trong dung dịch NaOH 50

Bảng 3.8 Mật độ quang của dịch chiết trong dung dịch NaOH ở

các thời gian chiết khác nhau 51

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng phẩm màu

trong dung dịch NaOH 52

Bảng 3.10 Mật độ quang của dịch chiết trong dung môi nước ở các

thời gian chiết khác nhau 53

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng phẩm màu

trong dung môi nước 54

Bảng 3.12 Mật độ quang của dịch chiết trong dung môi nước ở các

tỷ lệ R/L khác nhau 55

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của tỉ lệ R/L đến hàm lượng phẩm màu

trong dung môi nước 56

Bảng 3.14 Kết quả phầm trăm hàm lượng phẩm màu của 2 quy

Bảng 3.15 Bảng hàm lượng một số kim loại trong cao annatto 61

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của Chlorophyll 5 Hình 1.2 Công thức cấu tạo của một số Carotenoid 8 Hình 1.3 Công thức cấu tạo của Flavonoid 10

Hình 2.3 Dịch chiết trong dung môi nước (1), dịch chiết trong

dung dịch kiềm NaOH (2) 41

Hình 3.1 Phổ UV- Vis của dịch chiết với dung dịch NaOH ở các

nồng độ khác nhau 46

Hình 3.2 Phổ UV - Vis của dịch chiết trong NaOH với tỷ lệ R/L

Hình 3.3 Phổ UV-Vis của dịch chiết trong dung dịch NaOH với

thời gian chiết thay đổi 51 Hình 3.4 Phổ UV- Vis của dịch chiết trong dung môi nước với

thời gian thay đổi 53

Hình 3.5 Phổ UV- Vis của dịch chiết trong dung môi nước với

tỷ lệ R/L thay đổi 55

Hình 3.6 Kiểm tra độ tan của cao annatto trong dung dịch kiềm 59 Hình 3.7 Kiểm tra độ tan của cao annatto trong ethanol 59 Hình 3.8 Phổ hấp thụ UV –Vis của cao màu annatto 60 Hình 3.9 Cao màu chiết trong dung môi NaOH 60 Hình 3.10 Phổ hấp thụ UV –Vis của mẫu cao màu annatto

LỜI MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong cuộc sống, con người luôn luôn mong muốn thỏa mãn và tự đáp ứng những nhu cầu cần thiết Cuộc sống càng hiện đại thì những nhu cầu ấy càng đa dạng, phong phú và đòi hỏi chất lượng càng cao hơn Một trong những đó, nhu cầu hàng đầu là nhu cầu ăn uống

Chúng ta rất dễ bị hấp dẫn bởi những món ăn lạ với màu sắc hấp dẫn và độ dai dẽo hay vị chua ngọt,…những món ăn càng hấp dẫn thì càng mang lại cảm giác khoái khẩu cho chúng ta Các bạn rất dễ tìm được những lát thịt trông tươi ngon, thích nếm thử những món ăn đầy màu sắc… Các bạn có từng quan tâm: để làm điều

đó, chúng ta cần sự hỗ trợ hay kiến thức khoa học nào? Vâng, ngày nay con người

đã biết ứng dụng những thành tựu vượt bậc của hóa học vào các lĩnh vực đời sống như việc sử dụng các phẩm màu, chất bảo quản thực phẩm, Tuy nhiên, cảm giác

ấy không mang lại cho con người được nhiều chất dinh dưỡng mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe Phẩm màu chỉ là chất làm tăng cảm quan và hoàn toàn không có giá trị dinh dưỡng gì khi ăn vào Khác hoàn toàn với thực phẩm mang màu tự nhiên, tất

cả những loại thực phẩm có màu do con người chủ động bỏ vào đều luôn luôn không tốt cho sức khỏe Do đó việc lựa chọn phẩm màu thiên nhiên vốn không có độc tính, sinh thái thân thiện và có khả năng phân hủy sinh học hiện đang là xu hướng thích hợp cho công nghiệp thực phẩm

Một trong những loại phẩm màu được sử dụng phổ biến là phẩm màu annatto được lấy từ hạt điều nhuộm, là một loại phẩm màu tự nhiên có màu đỏ và màu vàng rất đẹp, được CODEX đưa vào danh mục sử dụng an toàn trong thực phẩm, dược phẩm, đem lại tính hấp dẫn cho thực phẩm Ngoài ra, phẩm màu này còn có hoạt tính sinh học cao lại rất bền màu nên đã sớm được nhà hóa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu và ứng dụng Mỗi năm trên thế giới sản xuất trên 10.000 tấn phẩm màu annatto, theo ước tính về màu đỏ điều cary một nước như Nhật Bản tiêu thụ khoảng 1500 tấn mỗi năm, ở châu Âu và Mỹ cũng có nhu cầu về mặt hàng này [18], điều đó chứng tỏ sự phổ biến và cần thiết của loại phẩm màu này Ở Việt Nam,

chúng ta chưa có một quy trình chế biến và ứng dụng loại phẩm màu này với quy

mô công nghiệp, hầu hết còn lẻ tẻ và sử dụng tại gia Ngoài ra, nguồn nguyên liệu của các màu này chỉ mọc ở vùng nhiệt đới, do đó ta rất có ưu thế Với nhu cầu cấp bách của thị trường thực phẩm như đã nói ở trên, nếu chúng ta chú ý trồng và chế biến cây có màu tự nhiên có nhiều triển vọng và tiềm năng sẽ giải quyết nhiều công

ăn việc làm, phát huy được lực lượng khoa học kỹ thuật trong nước và tiềm năng đất đai khí hậu nhiệt đới ở Việt Nam đồng thời xóa tan mọi nghi ngờ về phẩm màu thực phẩm đối với sức khỏe người sử dụng, vì vậy chúng tôi lựa chọn đề tài:

“Nghiên cứu phương pháp chiết tách phẩm màu annatto từ hạt điều nhuộm ằng dung môi vô cơ”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu khảo sát các quy trình chiết tách phẩm màu tự nhiên annatto từ hạt điều nhuộm bằng dung môi vô cơ, lựa chọn quy trình chiết tách hiệu quả nhất và kiểm tra lại quy trình đã lựa chọn

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng: hạt điều nhuộm

- Phạm vi nghiên cứu: Quá trình thực nghiệm được tiến hành ở phòng thí nghiệm Hóa học, trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp chiết chưng ninh

Phương pháp trọng lượng, phương pháp đo quang UV – Vis, AAS

5 Nội dung nghiên cứu

 Nghiên cứu lý thuyết

− Cây điều nhuộm: Mô tả, đặc điểm sinh thái

− Phẩm màu annatto: Nguồn gốc, thành phần hóa học, ứng dụng

− Các phương pháp chiết tách: Chưng ninh, hòa tan bằng dung môi, kết tinh

− Phương pháp hấp thụ phân tử UV – Vis

− Phương pháp xác định các chỉ tiêu hóa lý: Xác định độ ẩm toàn phần, hàm

lượng chất hữu cơ, vô cơ…

 Nghiên cứu thực nghiệm

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

− Xác định độ ẩm toàn phần, hàm lượng tro của mẫu điều nhuộm nghiên cứu

− Xác định hàm lượng kim loại nặng trong hạt điều nhuộm bằng phương pháp

quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

− Chiết tách phẩm màu annatto bởi các dung môi vô cơ: NaOH, nước

− Dùng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis để khảo sát bước sóng hấp thụ, dựa vào độ hấp thụ để nghiên cứu khảo sát tối ưu các điều kiện chiết

− Nhận định, chọn lựa giá trị tối ưu về phương pháp

− Định tính, định lượng dịch chiết của quy trình đã chọn

− Kiểm tra, đánh giá lại quy trình đã chọn

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

− Cung cấp thông tin khoa học về các quy trình tách chiết phẩm màu annatto trong hạt điều nhuộm, nghiên cứu lựa chọn quy trình hiệu quả nhất

− Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất phẩm màu annatto từ hạt điều nhuộm

7 Bố cục luận văn

Luận văn chia làm 3 chương:

Chương 1- Tổng quan tài liệu

Chương 2- Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3- Kết quả và thảo luận

CHƯ NG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về phẩm màu

1.1.1 Khái niệm phẩm màu

Phẩm màu là phụ gia thực phẩm được sử dụng với mục đích tăng cường hoặc khôi phục màu cho sản phẩm thực phẩm [1]

Phẩm màu được sử dụng trong thực phẩm đa số đều có nguồn gốc tự nhiên (do tính độc của chúng không đáng kể), phẩm màu hữu cơ tổng hợp thường độc nên khi

sử dụng nó trong thực phẩm người ta phải đưa ra một số chỉ tiêu an toàn và kiểm soát tính độc của chúng

Tính độc của phẩm màu được nghiên cứu dựa vào phân tích cấu trúc cấu tạo của chúng và thử ảnh hưởng của chúng đến con người thông qua các phản ứng hóa học do các nhóm định chức trong phẩm màu gây nên

1.1.2 Phân loại phẩm màu

Tùy theo nguồn gốc và phương pháp điều chế người ta phân loại phẩm màu ra làm hai loại chính:

màu có nguồn gốc tự nhiên có nhƣợc điểm là độ bền kém, sử dụng với lƣợng lớn nên giá thành sản phẩm cao

1.1.3 Phân loại phẩm màu tự nhiên

1.1.3.1 Chlorophyll

- Khái niệm:

Chlorophyll là chất màu xanh lá cây của thực vật hay còn gọi là hạt diệp lục Chlorophyll phân tán ở trong chất nguyên sinh gọi là hạt diệp lục hay lục lạp Hàm lƣợng chlorophyll trong cây xanh chiếm 1% chất khô

- Vai trò:

Chlorophyll có vai trò cực kì quan trọng trong quá trình quang hợp - quá trình chủ yếu tạo ra các chất hữu cơ và tạo ra nguồn oxy duy nhất trên quả đất Chlorophyll không những cho màu xanh mà còn có khả năng che mờ các chất màu khác

Lý tính:

+ Là một chất kết tinh

+ Không tan trong nước, tan trong rượu, ete, benzen

Hoá tính:

+ Dưới tác dụng của nhiệt độ, axit của dịch bào thì màu xanh bị mất đi vì Mg

bị axit lấy mất và chlorophyll biến thành pheophytin màu sẫm oliu

Chlorophyll + 2HX → MgX2 + Pheophytin (màu sẫm oliu)

Vì vậy những sản phẩm thực phẩm chua như lá me bị mất màu xanh và có màu oliu ngay trong quá trình chần

+ Khi cho tác dụng với kiềm nhẹ (cacbonat kiềm và kiềm thổ) thì chúng sẽ trung hoà axit và muối axit của dịch bào và tạo nên môi trường kiềm làm clorophyll

bị xà phòng hoá cho sản phẩm có màu xanh đậm, đó là các muối phức tạp có Mg gọi là chlorophyllin hay chlorophylit

Chlorophyll a + kiềm → (C32H30ON4Mg)(COOH)2 + CH3OH + rượu phytol Chlorophyll b + kiềm → (C32H28O2N4Mg)(COOH)2 + CH3OH + rượu phytol + Dưới tác dụng của Fe, Sn, Al, Cu, thì Mg trong chlorophyll sẽ bị thay thế và cho màu khác như:

 Với Fe: cho màu nâu

 Với Sn, Al: cho màu xám

 Với Cu: cho màu xanh sáng bền

+ Những biến đổi của chlorophyll trong quá trình gia công chế biến thực phẩm:

Các loại rau quả có màu xanh trong quá trình đun nấu thường màu xanh tự nhiên của chúng dễ bị biến đổi

Nguyên nhân của hiện tượng này là:

 Do sự tác động tương hỗ giữa chlorophyll với các axit chứa trong dung dịch của tế bào của rau quả

 Thời gian đun nóng càng lâu thì chlorophyll chuyển thành pheophytin càng nhiều

 Các loại rau quả có hàm lượng axit càng cao thì càng dễ bị biến đổi mạnh

và nhanh khi đun nấu

Cách bảo vệ màu chlorophyll trong sản xuất thực phẩm, đặc biệt là đồ hộp rau quả:

- Làm giảm hàm lượng axit tự do (tức là tăng pH trong nguyên liệu)

- Gia nhiệt nhanh trong một lượng nước sôi lớn 3-4 lít nước/1kg thực phẩm (để làm giảm lượng axit, axit sẽ bay hơi cùng với nước)

- Gia nhiệt rau xanh trong nước cứng; cacbonat kiềm sẽ trung hoà một phần axit dịch bào

- Cho vào đồ hộp rau quả một ít chất đệm kiềm như đinatri glutamat (để tăng pH)

- Nhuộm màu xanh cho rau quả hộp bằng chlorophyll

- Phân loại: chia làm hai nhóm chính:

+ Xanthophylls: gồm các dẫn xuất có chứa oxy như keto, epoxy, methoxy, acid của carotenoid

+ Carotenes: gồm các hidrocarbon carotenoid

Tất cả các carotenoid tự nhiên, đều có thể xem như dẫn xuất của lycopen: + Lycopene: màu đỏ, có nhiều trong cà chua

+ Carotene: màu da cam, có nhiều trong cà rốt, mơ

+ Xanthophyll: màu vàng lòng đỏ trứng gà (C40H56O), có nhiều trong lá xanh, rau xanh cùng với clorophyl và caroten, đồng thời nó cũng có trong cà chua cùng với lycopen

+ Capxanthin: C40H58O3, là dẫn xuất của caroten, nhưng có màu nhạt hơn các carotenoid khác 10 lần Chiếm 7/8 tổng số chất màu của ớt

+ Criptoxanthin: Là một dẫn xuất monohidroxy của α-caroten, chất màu chính của cam quít (C40H56O) [4]

+ Astacxanthin: là dẫn xuất của caroten có màu vàng đỏ, có ở các loài giáp xác Trong thành phần của mai tôm cua, astacxanthin cũng tham gia vào thành của lipoprotein gọi là xianin Trong quá trình gia nhiệt, protein bị biến tính, astacxanthin

bị tách ra dưới dạng sắc tố màu vàng đỏ

Hình 1.2 Công thức cấu tạo của một số Carotenoid

- Tính chất của carotenoid:

Lý tính:

+ Kết tinh ở dạng tinh thể, hình kim, hình khối lăng trụ, đa diện, dạng lá hình thoi

+ Nhiệt độ nóng chảy cao: 130 - 2200C

+ Hòa tan trong chất béo, các dung môi chứa clor và các dung môi không phân cực khác làm cho hoa quả có màu da cam, màu vàng và màu đỏ

+ Tính hấp thụ ánh sáng: chuỗi polyene đặc trưng cho màu thấy được của carotenoid

Hóa tính:

+ Không hòa tan trong nước, rất nhạy đối với axit và các chất oxi hóa, bền vững với kiềm Do có hệ thống nối đôi liên hợp nên nó dễ bị oxi hóa mất màu hoặc đồng phân hóa, hydro hóa tạo màu khác

+ Các tác nhân ảnh hưởng đến độ bền màu: nhiệt độ, ánh sáng, phản ứng oxi hóa trực tiếp, tác dụng của ion kim loại, enzym

+ Dễ bị oxi hóa tạo hợp chất có mùi thơm như các aldehide không no hoặc antone đóng vai trò tạo hương thơm cho trà

- Những biến đổi của carotenoid trong quá trình gia công chế biến thực phẩm

So với clorophyl, carotenoid bền vững hơn nhiều đối với tác động của nhiệt độ

và môi trường chế biến nhưng ở nhiệt độ cao nó lại bị phân hủy gián tiếp thông qua

sự oxy hóa các acid béo chưa no Carotenoid lại không tan trong nước nên hầu như không bị tổn thất khi ngâm rửa rau quả

Tuy nhiên, do tính chất hoà tan trong chất béo của các carotenoid, nên khi xào rán những loại rau quả có chứa nhiều carotenoid như cà rốt, cà chua, ớt… thì một phần carotenoid trong thực phẩm sẽ hòa tan trong chất béo và làm cho chất béo có màu vàng da cam

Đối với một số món ăn để carotenoid hoà tan trong chất béo vừa làm món ăn màu sắc hấp dẫn vừa làm tăng khả năng hấp thu của cơ thể đối với carotenoid Trong quá trình chế biến nhiệt các loại tôm cua… thành phần protein của chất

xianin có ở vỏ tôm cua bị biến tính Do đó, astacxanthin được tách ra dưới dạng sắc

tố màu vàng đỏ Khi luộc cua, rang tôm tép… đều thấy hiện tượng của sản phẩm này xuất hiện màu đỏ

- Cách bảo vệ màu vàng carotenoid:

+ Sự oxy hóa càng giảm đi tối thiểu khi có sự kết hợp sắc tố trong dầu Dầu tạo thành hàng rào bảo vệ khỏi sự tấn công của oxy Ngoài ra người ta cũng dùng các chất chống oxy hóa như vitamin C, vitamin E, hydroquinone, thêm vào để sản phẩm được bảo vệ Vitamin C nhường hydro trực tiếp cho các peroxide Trong quá trình này vitamin E là chất trung gian

+ Tránh ánh sáng mặt trời trực tiếp và nhiệt độ cao

1.1.3.3 Flavonoid

- Khái niệm:

Flavonoid là những dẫn xuất của cromman và crommon, thuộc nhóm phenilpropan vì chúng có chứa khung cacbon từ C6 – C3 – C6 Khi cromman và crommon bị ngưng tụ với một vòng phenol được dẫn xuất có tên flavan

Hình 1.3 Công thức cấu tạo của Flavonoid

Flavonoid có trong các không bào, có màu đỏ, xanh và vàng

Tỉ lệ các flavonoid trong rau quả và hoa khác nhau, do đó làm cho chúng có màu sắc khác nhau

- Tính chất:

Nhóm màu này hòa tan trong nước

Trong rau quả và hoa, số lượng cũng như tỷ lệ các flavonoid khác nhau, do đó làm cho chúng có nhiều màu sắc khác nhau:

Antoxian là mono hay diglucozit do gốc đường glucoza, galactoza hoặc ramnoza kết hợp với gốc aglucon có màu gọi là antoxianidin Khi thủy phân

antoxian thì thu được đường và antoxianidin (antoxianidol)

Antoxian và antoxianidol là những chất tạo nên màu sắc cho hoa quả, antoxian tan trong nước còn antoxianidol thì không

Tính chất chung của antoxian :

- Hòa tan trong nước và trong dung dịch bão hòa Khi kết hợp với đường thì làm cho phân tử này càng hòa tan hơn

- Màu sắc thì luôn luôn thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ, các chất màu có mặt

và nhiều yếu tố khác

+ Khi tăng số lượng OH trong vòng benzen thì màu xanh càng đậm

+ Khi metyl hóa nhóm OH ở trong vòng benzen càng cao thì màu càng đỏ + Màu sắc của antoxian còn phụ thuộc rất mạnh vào pH của môi trường:

Khi pH > 7 các antoxian cho màu xanh

Khi pH < 7 các antoxian cho màu đỏ

+ Màu sắc của antoxian có thể bị thay đổi do hấp thụ ở trên polysacarit + Các antoxian dễ bị phá huỷ và mất màu khi đun nóng lâu

+ Các màu sắc của hoa có được là do tổ hợp của các andoxianidin và các este metylic của chúng với axit và bazơ

1.2 Giới thiệu về cây điều nhuộm

1.2.1 Thực vật học về cây điều nhuộm

Cây điều nhộm còn được gọi là điều màu, sâm phụng, chầm phù, cây cà ri Tên Khoa học: Bixa orellana L

Tên tiếng anh : Annatto, anatto, lip stick tree, annatto tree

Họ Điều nhuộm (danh pháp khoa học: Bixaceae), là một họ thực vật hai lá

mầm Mặc dù chỉ là một họ nhỏ, nhưng họ này lại có sự đa dạng về kích thước các

loài cây, bao gồm cả các cây thân gỗ, cây thân thảo và cây bụi Về mặt sinh sản, các loài này là lưỡng tính, và tất cả đều có 5 cánh hoa Tất cả các loài trong họ Bixaceae đều sinh ra nhựa mủ màu đỏ, da cam hay vàng

Cây, hoa và quả điều nhuộm được thể hiện ở hình 1.4 và hình 1.5

Hoa lưỡng tính, màu đỏ tím hay trắng, lớn (đường kính 4 - 5cm) họp thành chùy ở đầu cành, có lông tơ Cánh đài 5 (có khi 4), xếp lợp, sớm rụng Cành tràng 5, xếp lợp Nhị nhiều, xếp xoắn gốc thành nhiều vòng, chỉ nhị mảnh không có lông, bao phấn dính gốc, mở bằng khe ở đỉnh Quả mọc chùm, hình tim, đường kính 2 - 4cm, đỏ tươi đến nâu khô khi chín, trên mặt có gai mềm, dài 1,5cm, mở bằng hai van, mỗi mảnh mang chứa nhiều hạt Hạt hơi có dạng lập phương trên một cuống ngắn, xung quanh tẽ nở thành áo hạt ngắn màu đỏ Khi chín, quả khô và cứng thành dạng quả nang màu nâu Quả không ăn được nhưng được thu hoạch để lấy hạt,

trong đó có chứa chất bixin, thành phần chính của annatto Nó là nguồn cung cấp chính cho một loại chất màu tự nhiên, gọi là annatto có màu vàng đỏ, sản xuất từ quả Chất màu lấy được từ hạt điều nhuộm có màu đỏ và vàng [11]

Phân bố:

Điều nhuộm là một loài cây bụi có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới của châu

Mỹ Nó được trồng tại khu vực này và tại khu vực Đông Nam Á do người Tây Ban Nha đưa tới đây trong thế kỷ 17 Cây điều nhộm độ tuổi có thể lên tới 50 năm, là cây ưa nắng nên phân bố nhiều ở những vùng nhiệt đới

Ở Việt Nam, cây điều nhuộm được trồng chủ yếu ở Nam bộ và Tây Nguyên [18]

Thời gian thu hoạch

Cây này bắt đầu thu hoạch hạt giống từ 2 năm nếu trồng rừng đã được chăm sóc đúng cách, nhưng thu hái quanh năm khi cây được 4 năm [18]

Thời gian thu hoạch quả điều nhuộm để chiết tách bixin với hàm lượng cao nhất là vào khoảng tháng 1, 2 và tháng 8, 9 hằng năm (Khoảng 4 tháng sau khi cây điều nhuộm cho quả non)

1.2.2 Thành phần hóa học của cây điều nhuộm [18]

Quả chứa nhiều vitamin A (khoảng

3,2 g cho mỗi 100 g quả), cụ thể hạt

giống điều nhuộm chứa 40% đến 45%

xenlulo, 3,5% đến 5,5% đường sucrose,

0,3% đến 0,9% tinh dầu, 3% dầu, 4,5%

đến 5,5% chất màu, và 13% đến 16%

protein và các thành phần (selenium,

magiê, canxi… ) Tinh dầu Annatto được

chiết xuất từ hạt và là nguồn chính của chất nhộm màu có tên là bixin và norbixin, trong đó bixin là chất tạo màu đỏ chiếm tỉ lệ hơn 80% và norbixin là chất tạo màu vàng Theo nghiên cứu lâm sàng bixin còn có tác dụng chống lại các tia cực tím, có tính chất chống oxy hóa và có tác dụng bảo vệ gan Hạt điều nhuộm trên hình 1.6

Hình 1.6 Hạt điều nhuộm

Ngoài bixin và norbixin, Annatto chứa bixein, bixaghanene, bixol, crocetin,

acid ellagic, ishwarane, isobixin, salicylic acid, phenylalanine, threonine, acid

tomentosic và tryptophan

1.2.3 Phẩm màu annatto

Annatto là chất màu tự nhiên chiết từ hạt điều nhuộm không gây độc hại,

không ảnh hưởng đến sức khoẻ con người nên đã được CODEX đưa vào danh mục

các loại phẩm màu tự nhiên được sử dụng an toàn cho thực phẩm và dược phẩm

Phẩm màu annatto thường được sử dụng ở dạng bột tan trong nước và dạng chiết

trong dầu [18] Hình ảnh về phẩm màu annatto thể hiện trên hình 1.7

Hình 1.7 Phẩm màu annatto

Annatto bị biến đổi khi tiếp xúc với ánh sáng ở nhiệt độ cao, trong thời gian

kéo dài Trong môi trườg pH thấp, Norbixin bị kết tủa, nó có thể liên kết với protein,

tinh bột và thành phần khác để tạo sự đồng đều màu trong sản phẩm Annatto rất

bền trong môi trường kiềm và rất nhạy cảm đối với sự oxi hóa [12]

1.2.4 Tính chất hóa học của phẩm màu annatto

Chất nhuộm màu chủ yếu trong phần cơm hạt điều nhuộm là bixin và norbixin

Hạt màu điều nhuộm chứa khoảng 5% các sắc tố, trong đó bao gồm bixin 70-80%,

tùy theo độ chín của hạt mà tỷ lệ bixin và norbixin thay đổi

1.2.4.1 Bixin

CTPT: C25H30O4

Khối lượng phân tử là 394,5g/mol

CTCT:

Bixin là một carotenoid dạng tinh thể màu vàng cam, không tan trong nước và tan trong các dung môi hữu cơ như etyl axetat, axeton và tan trong dầu mỡ nóng Bixin có cấu trúc hóa học không ổn định, khi bị cô lập và chuyển đổi thành dạng trans- bixin (β-bixin), một dạng đồng phân hình học

Khi tiếp xúc với kiềm,metyl este sẽ bị thủy phân tạo thànhaxit dicarboxylic norbixin, một dẫn xuất tan trong nước [7]

HO

O X

Là một axit dicacboxylic tan trong nước, tan trong dung dịch kiềm, không tan trong các dung môi hữu cơ

Từ cấu trúc của hai thành phần chính phẩm màu điều nhuộm ta thấy chúng có tính chất hóa học của một axit cacboxylic, của hệ nối đôi liên hợp, của este (đối với bixin), của rượu (đối với norbixin)

1.2.5 Ứng dụng của phẩm màu annatto

Ngoài ra, phẩm màu annatto có thể sử dụng làm thuốc chữa bệnh cao huyết áp, các bệnh về tiêu hóa, chữa bao tử, chống oxi hóa bảo vệ gan, thuốc chống say nắng, viêm amiđan, bỏng, hủi, viêm màng phổi, ngừng thở, các rối loạn trực tràng và đau đầu trong y học cổ truyền của một số quốc gia trong khu vực Nam Mỹ

1.2.5.2 Phẩm màu trong thực phẩm [18]

Chất màu annatto được sử dụng rất nhiều trong thực phẩm Chất màu thường được đưa vào để nhuộm màu cho các sản phẩm như: bánh, mứt, kẹo, nước giải khát, kem bơ, các sản phẩm chế biến từ thịt, cá…Một số ứng dụng của phẩm màu điều nhuộm trong các sản phẩm thực phẩm thể hiện trên hình 1.8

Annatto : gồm bixin và norbixin

Phẩm màu bixin tan trong dầu: dùng cho các sản phẩm của chất béo và sữa, phô mai, bơ, margarin, lạp xưởng, mì tôm, kem, đồ tráng miệng, thực phẩm nướng

và bánh snack

Phẩm màu norbixin tan trong nước: dùng cho bánh kẹo, phô mai, cá xông khói, kem và sản phẩm của sữa, đồ tráng miệng, sản phẩm của ngũ cốc và bánh mì (phần ruột bánh), tạo màu cho đồ uống

Hình 1.8 Ứng dụng của annatto trong thực phẩm

1.2.5.3 Thuốc nhuộm màu tự nhiên

Tại Đông Nam Á, người ta thu hái hạt để làm chất nhuộm màu, chính vì thế

mà loài này có tên gọi điều nhuộm Hạt điều nhuộm đã được thổ dân châu Mỹ sử dụng từ rất lâu để làm thuốc màu vẽ lên cơ thể, đặc biệt là môi, vì thế mà đôi khi nó còn được gọi tại khu vực này như là "cây son môi"

Annatto là nguồn sáng tự nhiên cho chất liệu silk Màu cam của annatto là màu được ưa chuộng trên chất liệu silk [12] Mặc dù thuốc nhuộm tự nhiên không thể tồn tại lâu dài với thời gian nhưng người ta đã phát triển quy trình lầm cho chất nhuộm có thể bền hơn trên vật liệu tơ sợi Thuốc nhuộm không thấm vào vải tơ sợi nhiều, do đó thường sử dụng các chất cắn màu như: kali nhôm sunfat

K2.SO4.Al2(SO4)3, đồng sunfat CuSO4…để kéo dài tuổi thọ của thuốc nhuộm trên tơ sợi

Thuốc nhuộm annatto có độ ái lực tương đối cao đối với cả sợi nilông và polieste Màu sắc trên sợi nilông và polieste có độ bền tương đối trong khi giặt (xem hình 1.9)

Ngoài ra annatto còn được sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc sắc đẹp, nó được thêm vào để tạo màu trong dầu gội, kem, mỹ phẩm, xà phòng…

Hình 1.9 Nhuộm sợi bởi phẩm màu annatto 1.2.6 Tình hình nghiên cứu sử dụng chất màu ở Việt Nam và trên thế giới

Ngày nay hóa màu đã trở thành một ngành công nghệ hóa chất kĩ thuật cao, sản xuất ra những vật liệu đặc biệt thuộc hai nhóm chính là thuốc nhuộm và bột màu để cung cấp cho các nhu cầu trong nhuộm vải, in hoa, gia công nhựa, da, giấy, sản xuất mực in, thực phẩm, dược phẩm, gốm sứ, thủy tinh, hội họa, xây dựng, Tỷ

lệ các chất màu dùng theo công dụng như sau: nhuộm vải sợi là 54%; nhuộm nền cho da, giấy là 15%; dùng cho mực in và sơn là 25%; chất màu dùng cho các công dụng khác như dược phẩm, thực phẩm, là 6%

Trên thế giới, các nước có sản lượng các chất màu lớn nhất là Đức, Anh, Thụy Sỹ, Mỹ, Liên Xô (cũ), Nhật Bản, Ấn Độ, Tuy nhiên, hiện nay các nước này

đã tiến hành sáp nhập và tái cơ cấu trong sản xuất kinh doanh Về qui mô, doanh số sản phẩm màu của một số hãng lên đến 2 tỷ USD Đáng chú ý là các nước này đều

có đại lý bán sản phẩm ở thị trường Việt Nam Riêng Annatto được lấy từ cây Điều

nhuộm- Bixa orellana được sản xuất trên thế giới hàng năm vào khoảng 10.000 tấn, lượng sản phẩm tham gia mậu dịch khoảng 7.000 tấn Nước xuất khẩu chính các sản phẩm Annatto là Peru và Kenya, các nước nhập khẩu chính là Mỹ, Nhật và một số nước Đông Âu [18]

Ở nước ta, với những mức độ khác nhau đã có các ngành công nghiệp: xi măng, gang thép, cơ khí, điện, điện tử, viễn thông, sản xuất ôtô, xe gắn máy, gốm

sứ, thủy tinh, dệt nhuộm, giấy, mỹ phẩm, thực phẩm v.v Tuy nhiên, chúng ta vẫn

còn thiếu ngành công nghiệp hóa màu (gọi tắt là ngành hóa màu) với quy mô lớn như những ngành khác Chúng ta hầu như phải nhập 100% các chất màu như thuốc nhuộm, bột màu, màu cho thực phẩm, Chính vì có nhu cầu về màu sắc trong các lĩnh vực kinh tế, đời sống, văn hóa, xã hội mà ở nước ta đã và đang có nhiều nỗ lực trong nghiên cứu và sản xuất các chất màu Tuy nhiên, các kết quả còn nhỏ và rời rạc và việc nghiên cứu chưa có cơ bản Thị trường màu thực phẩm của nước ta còn

bị bỏ ngỏ, không quản lý được về chất lượng cũng như chưa nắm được công nghệ Hiện nay nước ta cho phép lưu hành 9 loại màu thực phẩm theo tiêu chuẩn Mỹ Trong đó có 3 màu: sunset yellow (cam), tartrazin (vàng), allura red (đỏ) Ba loại màu này chiếm 80% thị trường màu thực phẩm của một số nước công nghiệp Do nhập của họ nên tỷ lệ này ở nước ta cũng có thể là như vậy Kết quả nghiên cứu cho thấy, đây là 3 loại màu thuộc họ azo mà ta đã nắm được kỹ thuật tổng hợp chúng Với các dây chuyền công nghệ chiết suất màu tự nhiên, chúng ta đã chiết suất được

2 màu: màu đỏ điều cary (màu vàng annatto [Bixin]) và màu vàng nghệ (màu

curcumin) Hai loại màu này rất quen thuộc trên thị trường thế giới do có nhu cầu rất lớn dùng chúng thay cho màu tổng hợp dùng trong thực phẩm Nguồn nguyên liệu của các màu này chỉ mọc ở vùng nhiệt đới, do đó ta rất có ưu thế Ước tính, về màu đỏ điều cary, một nước như Nhật Bản tiêu thụ khoảng 1500 tấn mỗi năm, ở châu Âu và Mỹ cũng có nhu cầu về mặt hàng này Từ đó thấy rằng, ngành trồng và chế biến cây có màu tự nhiên có nhiều triển vọng và tiềm năng sẽ giải quyết nhiều công ăn việc làm, phát huy được lực lượng khoa học kỹ thuật trong nước và tiềm năng đất đai khí hậu nhiệt đới ở Việt Nam Đất nước ta có dân số 80 triệu người, nhu cầu về bột màu và thuốc nhuộm khá lớn, ước tính khoảng 2 - 3 ngàn tấn/ năm, lượng ngoại tệ phải dùng để nhập bột màu và thuốc nhuộm cần tới khoảng 80 - 100 triệu USD

Màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên là nhu cầu bức bách đối với đời sống hàng ngày Màu thực phẩm phải luôn luôn bảo đảm an toàn tuyệt đối cho người tiêu dùng Mặt khác, thị trường màu thực phẩm ở Việt Nam đang bị các công ty nước

ngoài chiếm lĩnh Chúng ta cần tự lực sản xuất màu thực phẩm, tạo một xung lực, bước nhảy cho sự phát triển của ngành này

1.3 Phương pháp chiết tách

1.3.1 Phương pháp chiết

Phương pháp chiết là phương pháp thu lấy chất từ hỗn hợp nhiều chất bằng dung môi hữu cơ dùng để tách biệt, cô và tinh chế các cấu tử có trong hỗn hợp thành các cấu tử riêng [15]

Phương pháp chiết bao gồm cả việc chọn dung môi, dụng cụ chiết và cách chiết Một phương pháp chiết xuất thích hợp có thể được hoạch định một khi đã biết

rõ thành phần hoá học của nguyên liệu, mỗi loại hợp chất có độ hoà tan khác nhau trong từng loại dung môi Vì vậy không thể có một phương pháp chiết xuất chung

áp dụng cho tất cả các hợp chất [8] Lựa chọn phương pháp chiết để có được cao trích thô là công việc rất quan trọng để tránh phân hủy hợp chất, tránh các phản ứng phụ, các phản ứng chuyển vị

Các quá trình xảy ra trong chiết xuất: trong quá trình chiết sẽ xảy ra 3 quá trình:

+ Quá trình hòa tan

+ Quá trình khuyếch tán

+ Quá trình thẩm thấu

Ba quá trình này thực hiện liên tục cho đến khi quá trình chiết kết thúc

- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất:

1.3.1.1 Dung môi [8]

Dung môi dùng để chiết xuất các hợp chất ra khỏi dược liệu rất đa dạng và thay đổi tùy theo bản chất của mỗi loại dược liệu Cơ sở để lựa chọn dung môi chiết xuất là tính phân cực của hợp chất chứa trong dược liệu và của dung môi

 Dung môi phân cực và không phân cực:

Quá trình hình thành một dung dịch là tùy thuộc vào đặc tính của chất tan và dung môi Để hình thành một dung dịch trước hết phải có sự phá vỡ các dây nối liên kết trong hợp chất tan và dung môi

Để hiểu tính phân cực của dung môi, ta có thể so sánh giữa hai chất: ete và nước

Giữa ete và nước có 3 điều khác nhau cơ bản:

- Hằng số điện môi của nước là 200C là 80,4 trong khi của ete etylic là 4,34

- Nguyên tử hydro của phân tử nước có khả năng liên kết với một nguyên tử mang điện âm của một hợp chất khác, hình thành dây nối liên kết hydro trong dung dịch nước, trong khi ete etylic không có sự liên kết này

Dây nối hydro hình thành ảnh hưởng lớn đến tính hòa tan của hợp chất đối với dung môi

- Nước có tác dụng như một axit vừa là một bazơ, còn ete chỉ là một bazơ rất yếu, không hoạt động như một axit

Do những đặc tính trên, nước được xem là một dung môi phân cực mạnh còn ete là một dung môi không phân cực Các dung môi không phân cực mạnh ngoài nước ra còn có các ancola bậc thấp như metanola, etanola, propanola, butanola Các dung môi không phân cực ngoài ete còn có các hydro cacbua như ete dầu, benzen, toluen, hexan, heptan

Các chất nằm giữa hai nhóm trên gọi là các chất phân cực yếu hoặc vừa như etyl axetat, clorofoc, axeton, đietyla clorua

 Chất tan trong nước và dung môi phân cực:

- Các chất điện ly như các muối vô cơ đều tan trong dung môi phân cực

- Chất phân cực : Các hợp chất hữu cơ nói chung không ion hóa nhưng nếu chúng có chứa các nhóm hoặc nguyên tử mang điện âm có thể hình thành dây nối hydro với phân tử nước thì chúng sẽ tan được trong nước

Những nhóm có khả năng tạo dây nối hydro như OH-, CO, NO, NH2 và các halogen gọi là nhóm phân cực

Càng có nhiều nhóm phân cực thì phân tử ấy càng dễ hòa tan trong nước Nhưng nếu mạch hydro cacbon của phân tử càng dài thì độ hòa tan càng giảm Thực nghiệm cho thấy một nhóm phân cực trong phân tử có khả năng hình thành liên kết hydro với phân tử nước sẽ làm cho phân tử ấy tan được trong nước nếu số cacbon của mạch không quá 5 hoặc không quá 6 nếu phân tử có thêm mạch nhánh Nhưng nếu phân tử có nhiều nhóm phân cực (2 nhóm trở lên) thì tỉ lệ này giảm xuống, một nhóm phân cực cho 3 hoặc 4 cacbon trong mạch thì phân tử ấy tan được trong nước

Yêu cầu dung môi vô cơ sử dụng [12]:

Hỗn hợp phản ứng là hỗn hợp lỏng-lỏng, rắn-lỏng cộng với dung môi hay tập hợp một số dung môi Chúng có độ hòa tan khác nhau, nồng độ các chất khác nhau

và có tác dụng tương hỗ (thấm lấn), khuyết tán vào nhau

Dung môi đáp ứng những yêu cầu sau đây:

- Phải có tính hòa tan chọn lọc, tức là hòa tan tốt các chất cần tách mà không hòa tan hoặc hòa tan rất ít các chất khác Đây là tính chất cơ bản không thể thiếu được

- Không có tác dụng hóa học với các cấu tử của dung dịch

- Nếu trích li lỏng, yêu cầu khối lượng riêng (p) của dung môi khác xa với (p) dung dịch Tất nhiên cũng có loại thiết bị trích ly dung dịch có (p) rất gần nhau

- Không phá hủy thiết bị

- Không bị biến đổi thành phần khi bảo quản

- Không độc khi thao tác, không tạo hỗn hợp nổ với không khí và khó cháy

- Rẻ tiền, dễ kiếm

- Dung môi phải được tách ra sau quá trình trích ly bằng phương pháp đun

nóng, chưng cất hoặc sấy Sau khi tách ra không để lại mùi vị lạ và làm bẩn sản phẩm

Dĩ nhiên dung môi không được phép làm thay đổi chất hòa tan về mặt hóa học Các hỗn hợp dung môi như: nước – ancol, nước – đioxan, clorofom-ete dầu hỏa cũng có thể rất thích hợp, phải xác định thành phần thích hợp nhất cho những hỗn hợp như vậy trong những thí nghiệm sơ bộ

1.3.1.2 Cách chiết

 Kĩ thuật chiết chất lỏng:

Dụng cụ chiết là phễu chiết

Trước khi chiết phải kiểm tra lại khóa và bôi vazơlin

vào khóa phễu Đỗ dung dịch vào phễu chiết, thêm dần

dung môi vào sao cho thể tích chỉ chiếm khoảng 2/3 thể tích

của phễu Lượng dung môi cho vào khoảng 1/5 đến 1/3 thể

tích dung dịch Đậy nút, một tay giữ nút và phễu, một tay

giữ khóa phễu,cẩn thận lắc nhẹ và dốc lên dốc xuống phễu

nhiều lần Khi lắc thường làm tăng áp suất trong phễu, do

đó phải để ngược phễu, mở khóa phễu cho cân bằng với áp

suất bên ngoài rồi đóng khóa phễu, lắc mạnh tiếp khoảng

1-2 phút Lắc xong, cặp phễu vào giá để yên một lúc cho phân lớp hai chất lỏng Sau

đó mở khóa phễu và tách lấy các phần khác nhau tùy thuộc vào tỉ khối của dung dịch Nếu lớp dưới là dung dịch cần lấy thì để lại một ít trong phễu, nếu lấy lớp trên thì cho chảy quá một ít chất lỏng

Khi chiết những chất dễ tạo thành nhũ tương phải chú ý lắc nhẹ Nếu nhũ tương tạo thành do một lượng kết tủa tạo thành trên bề mặt phân chia hai pha lỏng thì phải lọc, nếu do sức căng bề mặt thì thường thêm rượu etylic để phá sức căng bề mặt phân chia giữa hai pha Nếu do sự khác nhau về tỉ khối của chất lỏng không lớn lắm thì thường thêm dung dịch NaCl bão hòa để tăng tỉ khối của dung dịch nước Tốt nhất là để yên lắng trong một thời gian lâu

Chiết các chất rắn:

Hình 1.10 Phễu chiết

Dụng cụ chiết là bộ dung cụ chưng ninh

Cho chất rắn vào bình cầu có sẵn dung môi hòa tan ở

nhiệt độ bay hơi của dung môi, sau đó lọc hoặc gạn lấy

dung dịch Muốn lấy chất từ dung dịch thì cất đuổi dung

môi ở máy cô quay chân không hoặc bằng các phương pháp

thông thường Sự chiết chất trong hỗn hợp rắn phụ thuộc

nhiều vào độ hòa tan của các chất vào dung môi lựa chọn và

bề mặt tiếp xúc của chất rắn với dung môi và nhiệt độ Để

tăng khả năng chiết, người ta tiến hành nghiền nhỏ chất rắn

rồi chiết ở nhiệt độ đã lựa chọn Cần chú ý là khi cho

nguyên liệu và dung môi vào cần xác định nhiệt độ sôi của

dung dịch khác so với nhiệt độ sôi của dung môi như thế nào để đối chiếu, lựa chọn nhiệt độ chưng ninh

1.3.2 Phương pháp tách

Có nhiều phương pháp tách: phương pháp làm bay hơi dung môi, kết tinh, gạn,

li tâm, lọc Trong đề tài, em sử dụng các phương pháp sau:

1.3.2.1 Phương pháp làm bay hơi dung môi [16]

Có thể tách chất tan ra khỏi dung môi Nếu lượng dung môi bé, tự bay hơi ngoài không khí, trên mặt kính đồng hồ hay bát sứ khi cần có thể đun nhẹ Nếu là dung môi quý phải dùng phương pháp cất

1.3.2.2 Kết tinh [15]

Kết tinh là quá trình hình thành phát triển của tinh thể từ tướng nóng chảy, dung dịch hay khí Với ý nghĩa hẹp, kết tinh là quá trình của chất rắn được chuyển thành dung dịch khi bão hòa trong dung môi ở nóng và tách ra trạng thái rắn khi làm lạnh dung dịch (rắn → hòa tan → rắn)

Sản phẩm thu được sau phản ứng thường kèm theo các chất phụ, do đó đòi hỏi phải tiến hành kết tinh lại là phương pháp tinh chế quan trọng dựa trên tính bão hòa chất rắn cần tinh chế khi đun nóng trong dung môi thích hợp, loại bỏ chất phụ và chất kết tinh trở lại khi làm lạnh Do đó quá trình gồm các giai đoạn:

Hình 1.11 Dụng cụ chưng ninh

- Chuẩn bị dung dịch kết tinh trong dung môi thích hợp

- Lọc dung dịch nóng loại bỏ chất phụ không tan

- Làm lạnh dung dịch và gây mầm tinh thể

- Làm khô tinh thể

+ Lựa chọn dung môi

Dung môi dùng cho kết tinh là phải hòa tan tốt chất cần tinh chế khi đun nóng

và ít tan khi làm lạnh, không tương tác hóa học với chất cần tinh chế ở nhiệt độ thường và nhiệt độ sôi khó hay ít hòa tan chất phụ, tách tinh thể ra dễ dàng, dễ bay hơi ra khỏi bề mặt chất khi làm khô hay rửa Dung môi được lựa chọn bằng con đường thực nghiệm nhưng chú ý áp dụng qui tắc sau:

- Chất rắn thường dễ hòa tan trong những dung môi có tính chất vật lý gần giống nó

- Nói chung chất phân cực tan trong dung môi phân cực

- Chất có thành phần cao trong dãy đồng đẳng có tính tan trong chất có thành phần thấp hơn trong dãy

+ Cách tiến hành

Khi tiến hành kết tinh lại, cho một lượng chất đã cân trước và bình cầu hay bình hình nón, cho thêm đá bọt (hay dùng mao quản hàn một đầu), lắp ống sinh hàn ngược Sau đó cho dung môi với một lượng ít hơn lượng cần thiết, đun nóng trên cách thủy (trừ dung môi có điểm sôi cao) Nếu chất chưa tan hết (mỗi lần cho thêm dung môi lạnh và đá bọt mất tác dụng, cần cho thêm đá bọt mới)

Lọc dung dịch nóng: cần lọc nhanh, không để kết tinh chất trên phễu lọc nên thường dùng phễu lọc nón

Nếu chất khô hay chậm kết tinh thì phá sự quá bão hòa bằng cách cho thêm vài hạt tinh thể tinh khiết của chất tinh chế hay gây mầm kết tinh bằng cách dùng đũa thủy tinh cọ vào thành bình

1.3.2.3 Phương pháp hòa tan trong dung môi hữu cơ

Phương pháp hoà tan trong dung môi hữu cơ được dùng để tách và tinh chế các chất hữu cơ rắn, dựa trên nguyên tắc là các chất khác nhau có độ hoà tan khác nhau trong cùng một dung môi [16]

Dung môi thích hợp để lựa chọn thường là dung môi trong đó có độ hoà tan của chất rắn cần tinh chế thay đổi nhiều theo nhiệt độ Bằng cách tạo dung dịch bão hoà ở nhiệt độ cao (thường là nhiệt độ sôi của dung môi), các tạp chất sẽ ở lại trong dung dịch Bằng cách kết tinh lại một số lần trong cùng một dung môi, hoặc trong các dung môi khác nhau, người ta có thể thu được tinh thể cần tinh chế ở dạng khá tinh khiết Cũng có khi người ta dung một dung môi có độ hoà tan với tạp chất nhiều hơn để loại tạp chất ra khỏi chất rắn cần tinh chế

Dung môi thường là nước, ancol etylic, ancol metylic, axeton, axit axetic, ete, benzen, cloroform, etyl axetat, n-hexan, ete dầu hoả… hoặc đôi khi là hỗn hợp giữa chúng [16]

Khi cần tách hai hay nhiều chất chứa trong hỗn hợp với những lượng tương đương nhau, người ta dùng phương pháp kết tinh phân đoạn

1.4 Phân tích trọng lượng

1.4.1 Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích trọng lượng

Phân tích trọng lượng là phương pháp phân tích định lượng hóa học trong đó người ta đo chính xác bằng cách cân khối lượng của chất cần xác định hoặc những hợp phần của nó đã được tách ra ở trạng thái tinh khiết hóa học hoặc là dưới dạng

hợp chất có thành phần biết trước [3]

Phương pháp phân tích khối lượng có thể được tiến hành bằng các phương pháp sau: phương pháp đẩy, phương pháp điện phân, phương pháp chưng cất và phương pháp kết tủa Phương pháp kết tủa là phương pháp được dùng phổ biến trong phân tích trọng lượng

1.4.2 Yêu cầu của dạng kết tủa và dạng cân [3]

Để phương pháp phân tích trọng lượng đạt được độ chính xác cao, dạng kết tủa phải thỏa mãn những yêu cầu sau:

- Kết tủa cần phải thực tế không tan Muốn vậy, khi tiến hành kết tủa người ta phải chọn những điều kiện thích hợp như pH tối ưu, nồng độ thuốc thử, nhiệt độ thích hợp để kết tủa hình thành thực tế không tan hoặc, như người ta nói, chất phân tích được làm kết tủa một cách định lượng, thí dụ kết tủa 99,99%

- Kết tủa thu được cần phải tinh khiết, không hấp phụ, cộng kết và nội hấp các tạp chất Chỉ có như vậy thì dạng cân mới có thành phần xác định ứng đúng với công thức hóa học của nó

- Kết tủa cần thu được dưới dạng dễ lọc rửa để có thể tách ra khỏi dung dịch một cách nhanh chóng và thuận lợi nhất

Dạng cân phải thỏa mãn những yêu cầu sau:

- Phải có công thức xác định, thành phần không đổi từ khi sấy hoặc nung xong đến khi cân nó trên cân phân tích Thí dụ, dạng cân không được hút ẩm, không hấp thụ khí CO2 có trong không khí, không bị phân hủy bởi ánh sáng v.v Để thỏa mãn yêu cầu này cần phải tiến hành phân tích theo những kĩ thuật nhất định

- Để có được kết quả phân tích càng chính xác, khối lượng mol của dạng cân càng lớn hơn khối lượng mol của nguyên tố hay ion cần phân tích thì càng tốt

1.4.3 Ưu nhược điểm của phương pháp phân tích trọng lượng

Ưu điểm: