Các Điều Kiện Công Nghệ Tách, Thu Hồi Alpha Cyclodextrin Và Bước Đầu Ứng Dụng Alpha Cyclodextrin Vào Cố Định Hương

Mục lục Mục lục Mở ĐầU * Trong nông nghiệp công nghiệp hoá học .14 * Trong phân tích 14 * Phơng pháp tách sử dụng dung môi 15 * Phơng pháp tách không sử dụng dung môi .16 * Giai đoạn phát triển tăng sinh khối 21 * Giai đoạn lên men 21 * Hàm lợng đờng 22 * Lợng nấm men sử dụng 22 * Thời gian nuôi cấy 22 * Nhiệt độ 23 * Oxy 23 * Các yếu tố khác 23 * Tinh bột sắn 24 * Enzim nấm men 24 * Than hoạt tính 24 * Định nghĩa DE 25 * Cơ sở phơng pháp .25 * Hoá chất 25 * Tiến hành 25 * Tính toán 26 * Mục đích 26 * Cách tiến hành 26 * Khái niệm 27 * Cách tiến hành 27 Mở ĐầU -1- A lpha cyclodextrin ba sản phẩm cyclodextrin chính, đợc tạo trình biến hình sinh học phân tử tinh bột Do cyclodextrin có cấu trúc vòng, tạo phức bao khách thể với hợp chất hữu nên cyclodextrin nói chung alpha cyclodextrin nói riêng đợc ứng dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp khác Trong công nghiệp thực phẩm, alpha cyclodextrin đợc dùng làm chất mang hữu hiệu cho hơng liệu vốn dễ bị trình chế biến bảo quản dùng để loại cholesterol mùi vị khó chịu khỏi sản phẩm Trong công nghệ dợc phẩm, alpha cyclodextrin đợc dùng để ổn định hoạt chất, làm tăng khả hoà tan khả hấp thụ thuốc đồng thời làm giảm tác dụng phụ thuốc Trong công nghiệp hoá học, alpha cyclodextrin đợc dùng để xúc tác số phản ứng Trong công nghiệp mỹ phẩm, alpha cyclodextrin góp phần làm ổn định màu mùi thơm sản phẩm Alpha cyclodextrin đợc ứng dụng nông nghiệp để sản xuất loại thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu Hiện nay, giới cyclodextrin đợc sản xuất rộng rãi, nghiên cứu ứng dụng liên quan đến cyclodextrin lên đến số hàng nghìn từ đợc phát cách 100 năm Còn Việt Nam cha có sở sản xuất alpha cyclodextrin, lợng alpha cyclodextrin sử dụng nớc hoàn toàn thông qua nhập từ nớc với giá thành cao Trong nhiều năm gần đây, sản xuất lơng thực Việt Nam tăng trởng mạnh, từ nớc nhập lơng thực Việt Nam trở thành ba quốc gia đứng đầu xuất gạo Tuy nhiên, giá trị hàng hoá sản xuất nông nghiệp hạn chế, đời sống nông dân đợc cải thiện nhng mức nghèo Lý chủ yếu sản xuất nông nghiệp phần lớn cung cấp cho thị trờng nớc với sản phẩm dạng thô Các chế phụ liệu cha khai thác hiệu quả, gây lãng phí ô nhiễm môi trờng Để phát triển kinh tế cải thiện đời sống ngời dân việc tập trung khoa học kỹ thuật, đặc biệt công nghệ sinh học nhằm tiêu thụ đầu ra, tăng giá trị hàng hoá sản xuất nông nghiệp cấp thiết Sản xuất lơng thực chiếm tỷ trọng lớn chính, đặc thù nông nghiệp Việt Nam Bên cạnh gạo, Việt Nam có nhiều sản phẩm chứa tinh bột nh ngô, khoai, sắn nguồn nguyên liệu dồi Theo niên giám thống kê năm 2003 diện tích trồng sắn nớc 329.000 sản lợng đạt 4.157.000 sắn Hiện nay, chế biến tinh bột đợc Chính phủ quan tâm đặt lên hàng đầu Do vậy, việc tiếp thu tăng giá trị sản phẩm nông nghiệp chìa khoá cho việc thúc đẩy sản xuất nông nghiệp nh phát triển bền vững ngành công nghệ sinh học Để nâng cao giá trị kinh tế nông sản, tạo đợc sản phẩm theo kịp xu hớng phát triển công nghệ giới, việc sử dụng tinh bột để sản xuất mặt hàng có giá trị kinh tế cao với giá hợp lý nh cyclodextrin nhằm phục vụ công -2- nghiệp thực phẩm, dợc phẩm mỹ phẩm việc làm cần thiết, đầy tính thực tiễn kinh tế Công đoạn quan trọng trình công nghệ sản xuất alpha cyclodextrin công đoạn tinh alpha cyclodextrin Công đoạn định phần lớn đến hiệu sản xuất giá thành sản phẩm Điều đặt yêu cầu cần phải tìm điều kiện thích hợp cho việc tinh alpha cyclodextrin cho đạt hiệu suất cao Trên sở kế thừa phát huy công trình nghiên cứu có, tiến hành nghiên cứu điều kiện công nghệ tách, thu hồi alpha cyclodextrin bớc đầu ứng dụng alpha cyclodextrin vào cố định hơng phục vụ cho ngành đồ uống, thực phẩm, mỹ phẩm Chơng tổng quan tài liệu 1.1 alpha cyclodextrin 1.1.1 Giới thiệu cyclodextrin Cyclodextrin (CD) oligosacarit vòng đợc cấu tạo từ đơn vị glucopyranoza hình ghế 4C1 nối với liên kết -1,4-glucozit CD (còn đợc gọi dextrin Schardinger) đợc biết đến từ 100 năm Năm 1881, CD lần đợc sản xuất từ tinh bột vi khuẩn Bacillus amylobacter Năm 1903, cấu trúc tính chất hợp chất đợc biết đến qua mô tả Schardinger [18] Sau đó, Tilden Hudson (1939) chứng minh enzim cyclodextrin glucosyltransferaza, chiết xuất từ môi trờng nuôi cấy vi khuẩn Bacillus macerans, tác nhân chuyển hoá tinh bột thành CD Từ năm 1950 nay, nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tính chất CD, nh -3- việc sản xuất ứng dụng Kể từ năm 1981, thành tựu lĩnh vực đợc công bố thờng xuyên hội thảo quốc tế CD đợc tổ chức hai năm lần [20] 1.1.2 Cấu tạo cấu trúc - CD Các CD thờng gặp -CD, -CD -CD chứa tơng ứng 6, đơn vị glucoza phân tử Các CD lớn (đến 31 đơn vị glucoza) CD nhỏ (ít đơn vị glucoza) bền [12] Kích th ớc thể tích lỗ hang CD số phân tử glucoza vòng CD định Trong vòng CD nói chung -CD nói riêng, gốc glucoza đợc xắp xếp cho nhóm hydroxyl bậc (C2 C3) nằm phía vòng, nhóm hydroxyl bậc (C6) nằm phía bên Kết tạo phân tử có dạng hình nón cụt với phía chứa C6 hẹp khả quay tự C6 [9] (Hình 1.1) Cấu trúc đợc giữ chặt liên kết hydro nhóm hydroxyl bậc gốc glucoza kề [4] Các nhóm hydroxyl bậc bậc hớng bên mạch vòng, đó, mặt nguyên tử hydro không cực (ở C3 C5) nguyên tử O cầu nối Nhờ đó, phân tử có bề mặt bên háo nớc bề mặt kỵ nớc Cấu trúc cho phép -CD CD tạo phức bao bền vững với phân tử kỵ nớc (các chất hữu cơ, muối, halogen ) -4- Hình 1 Cấu trúc kích thớc CD [20] a -5- b c Hình Mô hình không gian cyclodextrin: a - cyclodextrin b - cylodextrin c -cyclodextrin 1.1.3 Tính chất - CD Một số thông số vật lý - CD đợc cho bảng 1.1 [29] Bảng 1.1 Một số thông số vật lý - CD + Khối lợng phân tử + Số đơn vị glucoza 972 + Số phân tử nớc lỗ + Đờng kính () 4,7 - 5,3 + Đờng kính () 14,6 -6- 79 + Chiều cao () + Thể tích lỗ hang ml/mol 174 ml/g 0,1 nm3 + Độ tan nớc (g/100ml, 25oC) + Điểm nóng chảy (o C) 0,174 14,2 255 - 260 * Khả tan nớc Trong phân tử - CD, nhóm hydroxyl hớng bên ngoài, đó, -CD có khả tan nớc Khi nhiệt độ tăng, độ tan - CD tăng: 25C, độ tan - CD 14,2 g/100ml (bảng 1.1) 50C, độ tan 43,5 g/100ml Các CD khác có độ tan nớc khác Đó chúng có lực căng vòng khác nhau, nh hớng quay độ liên kết cầu hydro nhóm hydroxyl nguyên tử C2 C3 hai phân tử glucoza kề khác Vì vậy, - CD lực căng vòng lớn - CD, nhóm hydroxyl C2và C3 tơng tác với yếu hơn, chúng tơng tác tốt với phân tử nớc Chính vậy, mà - CD tan nớc tốt so với - CD Nhng lực căng vòng - CD lại nhỏ - CD nên khả tan nớc thấp so với -CD Các phân tử khách thể có ảnh hởng đáng kể đến độ tan CD Một số hợp chất tạo phức không tan với CD, số khác tạo phức tan tốt, chí tan tốt CD cha tạo phức Hiện tợng phân tử khách thể tơng tác với CD làm thay đổi hớng quay chúng Vì vậy, có trờng hợp phức tạo thành từ chất khách thể với - CD tan phức với - hay - CD Khi - CD bị biến đổi (thay nhóm hydroxyl metyl hoá, amin hoá, este hoá, ete hoá), độ hoà tan tăng giảm Chẳng hạn, biến đổi nhóm 2hoặc 3-hydroxyl - CD phá vỡ cầu nối hydro miệng vòng - CD, làm cho nhóm hydroxyl tơng tác tốt với nớc; đó, - CD trở nên tan tốt * Khả tan dung môi hữu -7- Nhìn chung, - CD không tan hầu hết dung môi hữu cơ, nhiên chúng tan số dung môi hữu phân cực aprotic (chẳng hạn metanol, etanol, propanol, isopropanol, axeton ) * Độ bền nhiệt - CD bền nhiệt nhiệt độ 250C, - CD nóng chảy phân huỷ nhiệt bắt đầu xảy * Khả hút ẩm Hàm ẩm cân - CD môi trờng có độ ẩm tơng đối 85% tơng ứng 12 30C - CD giữ trạng thái bột mịn, không bị hoá lỏng để lâu môi trờng có độ ẩm tơng đối cao * Độ bền hoá học So với oligosacarit mạch thẳng - CD CD phân tử bền Các axít mạnh nh axít clohydric thuỷ phân - CD, tạo hỗn hợp oligosaccarit khác (từ mạch thẳng phân tử - CD bị mở vòng tận glucoza) Tốc độ thuỷ phân tăng nhiệt độ tăng nhng chậm - lần so với oligosacarit mạch thẳng tơng ứng [4] Trong môi trờng axít yếu nh axít hữu cơ, thuỷ phân hầu nh không xảy Cũng nh oligosaccarit polisaccarit tính khử khác, - CD CD không bị thuỷ phân bazơ, chí nhiệt độ cao dung dịch kiềm đặc (trong dung dịch NaOH 0,35N, 70C không thấy có thuỷ phân CD) - CD bền với nhiệt độ, tia UV hay IR Với tác nhân oxi hoá, - CD bị oxi hoá làm mở vòng glucoza, nhng không tạo formaldehyt hay axít focmic (vốn chất độc) - CD tính khử - CD bền dới tác dụng enzim thuỷ phân amilolytic, CD bị thuỷ phân dễ dàng -amylaza * Khả biến đổi hoá học Bằng phơng pháp hoá học enzim thay nhóm hydroxyl - CD nhóm khác (metyl, amin, este, ete ) Khi đờng kính - CD không bị thay đổi nhng chiều sâu lỗ hang giảm xuống [4] Mục đích biến đổi nhằm làm thay đổi độ hoà tan, thay đổi khả tạo phức (độ bền -8- phức, độ chọn lọc khách thể) thêm nhóm có chức đặc hiệu dùng xúc tác * Khả tạo phức - CD Đây tính chất đặc biệt quan trọng CD nói chung - CD nói riêng, nhờ mở khả ứng dụng rộng rãi CD - CD tạo phức bao (dạng khách thể - chủ thể) với nhiều hợp chất khác nhau, bao gồm chất béo mạch thẳng hay phân nhánh, aldehyt, keton, alcohol, axít hữu cơ, chất thơm, chất khí, hợp chất phân cực nh halogen, oxiaxít amin [11] Đây tợng chất khách thể bị giữ, bị bao bọc lỗ hang phân tử chủ thể - CD phức này, - CD đợc gọi phân tử "chủ thể", phân tử đợc bao bọc bên đợc gọi phân tử "khách thể" Các phân tử khách thể đợc bao bọc phần hay toàn vào lỗ hang phân tử chủ thể - CD [9] Nhìn chung, phân tử - CD bao chứa đợc phân tử khách thể Trong trờng hợp chất khách thể có khối lợng phân tử nhỏ lớn hơn, tỷ lệ 1/2 hay 2/1 Kích thớc lỗ hang khác CD làm cho chúng nhiều có tính chất chọn lọc tạo phức với phân tử có kích thớc khác Chẳng hạn, phân tử phenyl ăn khớp hoàn toàn với lỗ hang -CD, nhng với lỗ hang -CD trống khoảng không nhỏ phân tử phenyl lung lay nhẹ bên lỗ Với lỗ hang lớn -CD, vòng phenyl lung lay phần khoảng không trống lớn Trong nhiều trờng hợp, phân tử liên kết đợc với CD liên kết với -CD, phân tử liên kết với -CD liên kết với -CD Để phức tạo thành đợc bền, phân tử khách thể cần đợc bao khít lỗ hang CD Điều có nghĩa phụ thuộc vào kích thớc CD nh phân tử đợc bao Các phân tử nhỏ (có đơn vị cácbon) liên kết tốt với -CD, phân tử lớn liên kết tốt với -CD So với số chất chủ thể tạo phức khác (nh urê, thiourê ), - CD tỏ chất chủ thể tốt nhờ chất tơng đối phản ứng, độ bền cao, không độc hại có khả tạo phức rộng rãi với nhiều hợp chất Đặc điểm bật - CD tạo phức dung dịch trạng thái rắn, nhiều chất chủ thể khác đòi hỏi phải có kết tinh thành mạng lới tạo đợc lỗ hang thích ứng -9- Đặc biệt, khả phản ứng nhóm hydroxyl tạo biến đổi hoá học - CD, mở rộng tính chất chức nh khả tạo phức CD * Quá trình tạo phức Quá trình tạo phức ăn khớp mặt kích thớc lỗ hang - CD phân tử khách thể [18] Lỗ hang kỵ nớc phân tử - CD tạo vi môi trờng phân tử khách thể không cực vào để tạo thành phức Lúc đầu lỗ hang chứa đầy nớc, hình thành phức bao, phân tử nớc bị đẩy nhờng chỗ cho phân tử khách thể vốn kỵ nớc có mặt dung dịch Kết liên kết không cực - không cực đợc tạo ra, làm giảm sức căng vòng - CD đa đến trạng thái lợng thấp hơn, bền vững Trong trình tạo phức, liên kết đồng hoá trị bị phá vỡ hay tạo [10] Chính tác động tơng hỗ lực nguyên tử (lực Van der Waals), lực nhiệt động (cầu nối hydro) lực dung môi (tơng tác kỵ nớc) làm bền phức Nói chung phân tử đợc bao độ nghiêng chắn theo hớng có lợi cho lực Van der Waals [4] Phức tồn cân động vốn phụ thuộc vào nồng độ - CD, chất khách thể nớc Tốc độ tạo thành phức phụ thuộc phần lớn vào độ khớp vừa phân tử khách thể vào lỗ hang - CD độ lớn lực nhiệt động Kích thớc phân tử khách thể phù hợp với lỗ hang - CD, tạo phức diễn dễ dàng phức tạo bền Ngoài ra, tốc độ tạo phức phụ thuộc vào độ pha loãng - CD chất khách thể dung dịch, dung môi sử dụng nhiệt độ * ảnh hởng tạo phức Phức bao - CD có ảnh hởng rõ rệt đến tính chất lý hoá chất khách thể đợc thể điểm dới đây: - Làm bền chất nhạy cảm với ánh sáng, với oxi hoá, nhiệt - Làm bền hợp chất dễ bay hơi, dễ thăng hoa - Thay đổi khả phản ứng hoá học - Tăng độ tan - Thay đổi mùi, vị sản phẩm, che giấu mùi vị khó chịu - Thay đổi hợp chất từ thể lỏng sang thể bột rắn - 10 - Hàm lợng Thành phần (g/l) Trớc đồng hoá Sau đồng hoá - CD 25 25 - CD 0 - CD Glucoza 0 91 21 3.3 Tẩy màu làm dịch - CD Dịch - CD sau trình đồng hoá, thành phần chủ yếu - CD có thành phần khác sinh trình Vì vậy, để thu hồi - CD tinh khiết trớc hết cần tiến hành tẩy màu làm dịch - CD cách sử dụng than hoạt tính Các mẫu thí nghiệm đợc tiến hành với tỷ lệ than hoạt tính khác nhằm xác định lợng than thích hợp cho trình tẩy màu làm 80 0C 30 phút Sau đó, màu sắc dịch đợc xác định cảm quan đo độ hấp phụ quang (Abs) bớc sóng 230 nm Kết ta thu đợc nh sau: Bảng 3.8 Xác định lợng than thích hợp cho trình tẩy màu làm Lợng sử dụng (%) Mẫu ban đầu 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Abs (230 nm) 2,914 0,263 0,147 0,080 0,060 0,052 - 43 - Nhận xét Dịch đục, mu vng rơm Dịch đục, mu vng Dịch trong, mu tơng đối trắng Dịch trong, mu trắng Dịch trong, mu trắng Dịch trong, mu trắng Từ bảng ta thấy, tỷ lệ than sử dụng nhiều dịch trắng, nhng với tỷ lệ than 1,5% Abs giảm từ 0,08 xuống 0,052 so với tỷ lệ 2,5% Về cảm quan màu sắc khác nhiều tỷ lệ từ 1,5 đến 2,5% Do vậy, tỷ lệ than thích hợp 1,5% Dịch - CD sau đợc lọc xử lý tiếp nhựa trao đổi ion Dịch lọc đợc xử lý với 150 ml nhựa trao đổi anion IR loại 402 lắc giờ; tiếp lọc xử lý tiếp IR loại 102; lắc 30 phút Cuối cùng, tiến hành lọc thu hồi dịch 3.4 thu hồi -CD phơng pháp kết tinh 3.4.1 Chọn nồng độ dịch thích hợp cho trình kết tinh -CD Một phơng pháp thu hồi - CD tinh khiết phơng pháp kết tinh Sự kết tinh - CD đợc xác định dựa độ hoà tan dịch đạt trạng thái bão hoà Theo lý thuyết, độ hoà tan - CD 14,2g/ 100 ml 25 0C Nếu nồng độ CD thấp, cha đến điểm bão hoà kết tinh Nếu nồng độ - CD cao, dịch đặc, khả kết tinh Vì vậy, tiến hành nghiên cứu nồng độ dịch - CD thích hợp cho trình kết tinh Thí nghiệm đợc tiến hành nh sau: Các mẫu dịch - CD qua tẩy màu làm sạch, đợc cô đặc theo nồng độ khác từ 20Bx đến 70Bx với thể tích 200 ml Sau đó, tiến hành kết tinh mẫu điều kiện lạnh (5C) thời gian ngày Cuối cùng, tiến hành lọc dịch sau kết tinh để thu tinh thể - CD, đem sấy khô tới độ ẩm cố định 10% định lợng tinh thể - CD thu đợc Bảng 3.9 Xác định nồng độ dịch thích hợp cho trình kết tinh Nồng độ dịch Lợng - CD Hiệu suất (Bx) (g/ 200ml) 0,00 0,00 (%) 30 35 0 - 44 - Nhận xét Không kết tinh Không kết tinh 40 45 50 55 60 65 1,14 1,87 3,71 3,76 3,80 0,00 20,52 33,66 66,78 67,68 68,40 Có tinh thể Có nhiều tinh thể Có nhiều tinh thể Có nhiều tinh thể Có nhiều tinh thể Dịch đặc, tạo gel Kết bảng cho thấy: - Với dịch có nồng độ chất khô thấp 30Bx kết tinh tạo tinh thể - Còn với nồng độ cao 65Bx dịch đặc, trạng thái gel nên khó kết tinh Nh vậy, với nồng độ 40ữ60Bx thích hợp cho trình kết tinh - CD Trong khoảng nồng độ từ 40ữ60Bx nồng độ dịch tăng lợng tinh thể thu đợc nhiều; hiệu suất kết tinh tăng từ 20,52% đến 68,4% Nhng, từ 50Bx đến 60Bx lợng tinh thể hiệu suất tăng lên không đáng kể Vì vậy, nồng độ dịch thích hợp cho trình kết tinh 50Bx 3.4.2 Chọn thời gian thích hợp cho trình kết tinh Thời gian yếu tố quan trọng trình kết tinh - CD Thời gian thích hợp giúp cho trình thu hồi - CD đạt hiệu cao Nếu thời gian kết tinh ngắn không đủ để tạo tinh thể dẫn đến hiệu suất kết tinh thấp Nếu thời gian dài hiệu kinh tế, mà đến thời điểm định lợng kết tinh tăng thêm đợc trình sản xuất, thời gian kết tinh thích hợp tiết kiệm đợc chi phí nhiệt điện Vì vậy, mục đích thí nghiệm xác định thời gian thích hợp cho trình kết tinh nhằm đạt hiệu cao Thí nghiệm đợc tiến hành điều kiện nh sau: Các mẫu dịch - CD đợc tiến hành cô đặc đến 50Bx với thể tích 200 ml kết tinh nhiệt độ tủ lạnh 5C, thời gian kết tinh đợc theo dõi ngày Kết thu đợc trình bày bảng dới đây: Bảng 10 Xác định thời gian kết tinh thích hợp cho trình kết tinh - 45 - Thời gian ( ngày) Hiệu suất (%) 0 21,60 66,78 Không có tinh thể Không có tinh thể Bắt đầu xuất tinh thể Lợng - CD (g/200ml) 0 1,20 3,71 3,74 67,32 Rất nhiều tinh thể - CD Nhận xét Rất nhiều tinh thể - CD Qua theo dõi trình kết tinh - CD cho thấy: - Sau ngày, không thấy xuất tinh thể, dịch trạng thái - Đến ngày thứ 2, xuất tinh thể dới đáy nhng không đáng kể, dịch có màu trắng ngả đục, hiệu suất kết tinh đạt 21,6% - Ngày thứ thứ tạo nhiều tinh thể, dịch có màu trắng đục, hiệu suất đạt khoảng 67% Từ lợng tinh thể tạo thành tính hiệu suất thu đợc ta thấy đợc: với ngày kết tinh lợng tinh thể thu đợc nhiều nhất, hiệu suất đạt đợc cao (67,32%); nhng so với ngày lợng tinh thể hiệu suất tăng lên không đáng kể Trong sản xuất phải gắn với yếu tố kinh tế thời gian kéo dài gây lãng phí nhiệt Do vậy, thời gian ngày thích hợp cho kết tinh - CD 3.4.3 Chọn nhiệt độ thích hợp cho trình kết tinh Nhiệt độ có ảnh hởng lớn đến trình kết tinh nhiệt độ thấp trình hoà tan chất giảm xuống dịch bảo quản đợc lâu Trong điều kiện phòng thí nghiệm nên ta khảo sát trình kết tinh nhiệt độ đại diện nhiệt độ thờng (25C) nhiệt độ tủ lạnh (5C); từ đó, xác định nhiệt độ thích hợp cho trình tách - CD khỏi dịch kết tinh đạt hiệu cao Thí nghiệm đợc tiến hành kết tinh với mẫu nhiệt độ phòng (25C) nhiệt độ tủ lạnh (5C) Điều kiện kết tinh nồng độ dịch đem kết tinh 50Bx thời gian kết tinh ngày Kết ta thu đợc nh sau: Bảng 11 Xác định nhiệt độ kết tinh thích hợp cho trình kết tinh Nhiệt độ (C) Lợng -CD (g/200ml) Hiệu suất (%) - 46 - Nhận xét 25 1,28 23,04 Có tinh thể - CD 3,71 66,78 Rất nhiều tinh thể - CD Từ bảng ta thấy: - Điều kiện lạnh thích hợp cho kết tinh - CD nhiệt độ lạnh độ hoà tan - CD giảm xuống, lợng - CD có dịch nhanh đạt đến trạng thái bão hoà nên lợng tinh thể tạo nhiều hơn, hiệu suất đạt đợc 66,78% - Tại nhiệt độ thờng lợng tinh thể tạo ít, hiệu suất thu đợc không cao (23,04%) nên không thích hợp cho kết tinh - CD Vì vậy, trình kết tinh - CD diễn tốt nhiệt độ 5C so với nhiệt độ 25C Nh vậy, ta xác định đợc điều kiện thích hợp cho trình kết tinh thu hồi - CD là: - Nồng độ dịch đem kết tinh 50Bx - Kết tinh nhiệt độ 5C - Thời gian kết tinh ngày Tinh thể thu đợc sau đợc phân tính HPLC, kết cho thấy tinh thể CD có: - Độ tinh khiết 80% - Màu trắng - Độ ẩm 10% - Hiệu suất thu đợc 66,78% - 47 - 0.15 0.00 10.517 198751 alpha- CD9.508 1764519 5.142 2769757 0.05 6.350 101032 Volts 0.10 10 15 20 25 Minutes Hình Sắc ký đồ tinh thể - CD * Từ kết nghiên cứu trên, đề xuất đợc quy trình công nghệ tách thu hồi - CD từ dịch - CD nh hình 3.7 - 48 - Dịch -CD (Bx = 15) Nấm men 3,5% Than hoạt tính 1,5% Đồng hoá đờng (35C; w= 125v/p; 16h) Tẩy màu làm (80C; 15phút) Cô đặc chân không (50Bx) Kết tinh (5C; ngày) t iế CD kh m ất - inh độ ẩ su ) t ộ ; iệu 7% (đ 80% ; h 6,6 % 10 đạt Hình Quy trình công nghệ tách thu hồi - CD - 49 - 3.5 ứng dụng - CD việc cố định hơng Sau kết tinh thu đợc tinh thể -CD, ta tiến hành ứng dụng -CD vào việc cố định hơng, cụ thể với loại tinh dầu dùng thực phẩm mỹ phẩm nh: hơng nhài, hơng lan, hơng đào hơng quế với tỷ lệ phối trộn 1% Với loại nguyên liệu (hơng) ta tiến hành thí nghiệm làm mẫu: - Mẫu đối chứng: chứa hơng nớc - Mẫu tinh bột: chứa hơng tinh bột - Mẫu CDs: có chứa hỗn hợp cyclodextrin (CDs) hơng - Mẫu -CD: chứa -CD hơng Các mẫu đợc trộn đều, sau giữ nhiệt độ lạnh tiến hành đông khô Sau đó, tiến hành đánh giá cảm quan thời điểm khác với hội đồng cảm quan gồm 10 thành viên Điểm thành viên đợc ghi vào phiếu trả lời ta tiến hành tính theo phơng pháp cho điểm Fisher, chuẩn student khác có nghĩa đợc trình bày phụ lục Sau đợc tổng kết lại có điểm trung bình sản phẩm mức ý nghĩa 5% Các kết tổng hợp đợc ghi bảng 3.12 Bảng 12 Xác định khả giữ hơng CD trình bảo quản phơng pháp cho điểm Fisher Loại hơng Điểm cảm quan trung bình mẫu mẫu cố định theo thời gian (thang điểm 5) tuần tuần tuần ngày - 50 - tuần Hơng nhài Hơng lan Hơng đào Hơng quế Mẫu đối chứng 2,4 2,2 2,0 1,8 1,2 Mẫu tinh bột 4,1 3,5 3,1 2,4 1,6 Mẫu CDs 3,8 3,0 2,9 2,8 2,5 Mẫu -CD 3,0 3,1 2,7 2,5 2,3 Mẫu đối chứng 2,3 1,8 1,6 1,5 1,3 Mẫu tinh bột 3,8 3,5 3,0 2,7 1,7 Mẫu CDs 2,9 2,8 2,5 2,2 2,4 Mẫu -CD 3,6 3,2 3,0 2,9 2,7 Mẫu đối chứng 3,2 2,4 2,2 2,0 1,9 Mẫu tinh bột 3,9 3,7 3,5 3,1 2,2 Mẫu CDs 3,5 3,3 3,2 2,9 2,5 Mẫu - CD 3,7 3,4 3,2 3,2 2,9 Mẫu đối chứng 4,1 3,2 2,8 2,4 2,2 Mẫu tinh bột 3,8 3,5 3,0 2,6 2,4 Mẫu CDs 4,4 4,2 4,0 3,9 3,8 Mẫu - CD 3,2 3,0 3,0 2,8 2,8 Từ kết bảng ta thấy mức ý nghĩa 5% thì: - Với hơng nhài: + Sau ngày, ta thấy sai khác lớn mẫu chứa CDs với hơng mẫu đối chứng Nhng mẫu chứa - CD tinh bột thấy cờng độ hơng lớn hẳn có khác biệt so với mẫu đối chứng + Sau tuần, ta thấy rõ đợc khác biệt mẫu chứa - CD mẫu chứa tinh bột so với mẫu đối chứng Còn khác biệt mẫu CDs so với mẫu đối chứng Cờng độ hơng mẫu bắt đầu giảm nhng không đáng kể - 51 - + Sau tuần, ta thấy rõ đợc khác biệt mẫu chứa CDs mẫu chứa tinh bột so với mẫu đối chứng Còn khác biệt mẫu - CD so với mẫu đối chứng Cờng độ hơng mẫu bắt đầu giảm nhng không đáng kể + Sau tuần, cờng độ hơng mẫu giảm mạnh thấy rõ khác biệt mẫu CDs - CD so với mẫu đối chứng + Sau tuần, hơng mẫu chứa tinh bột đối chứng bay nên khác biệt mẫu Còn mẫu chứa CDs - CD, cờng độ hơng giảm nhng khả giữ hơng đợc thấy rõ thông qua khác có nghĩa với mẫu đối chứng Tuy nhiên, từ kết ta thấy với hơng nhài mẫu có chứa CDs giữ đợc cờng độ hơng ổn định so với mẫu có chứa - CD - Với hơng lan: + Sau ngày, ta thấy sai khác lớn mẫu chứa - CD với hơng mẫu đối chứng Nhng mẫu CDs tinh bột thấy khác biệt so với mẫu đối chứng + Sau tuần, ta thấy rõ đợc khác biệt mẫu chứa tinh bột với mẫu đối chứng Còn cha thấy khác biệt mẫu CDs - CD so với mẫu đối chứng Cờng độ hơng mẫu bắt đầu giảm + Sau tuần, ta thấy rõ đợc khác biệt mẫu chứa - CD, CDs mẫu chứa tinh bột so với mẫu đối chứng Mẫu chứa - CD tinh bột có chênh lệch hơng lớn so với mẫu đối chứng (1,4) + Sau tuần, cờng độ hơng mẫu giảm mạnh Nhng cờng độ hơng lan mẫu - CD mạnh khác có nghĩa so với mẫu đối chứng Còn mẫu chứa CDs hầu nh không khác so với mẫu đối chứng mức ý nghĩa 5% + Sau tuần, hơng mẫu chứa tinh bột đối chứng bay nên không thấy có khác biệt Còn mẫu chứa CDs - CD, cờng độ hơng giảm nhng khả ổn định hơng đợc thấy rõ thông qua khác có nghĩa so với mẫu đối chứng Tuy nhiên, từ kết ta thấy với hơng lan mẫu có chứa - CD giữ đợc cờng độ hơng ổn định so với mẫu có chứa CDs - Với hơng đào: - 52 - + Sau ngày, ta thấy mẫu so với mẫu đối chứng không khác có nghĩa mức ý nghĩa 5%, khác có nghĩa 1,269957 + Sau tuần, ta thấy rõ khác biệt mẫu tinh bột, CDs - CD so với mẫu đối chứng Cờng độ hơng mẫu bắt đầu giảm nhng không đáng kể + Sau tuần, ta thấy rõ đợc khác biệt mẫu chứa - CD, CDs mẫu chứa tinh bột so với mẫu đối chứng Mẫu chứa - CD CDs có chênh lệch hơng nh so với mẫu đối chứng (1,0) + Sau tuần, cờng độ hơng mẫu giảm mạnh hầu nh khác biệt mẫu Cờng độ hơng đào mẫu đối chứng đợc cho điểm nhỏ + Sau tuần, hơng mẫu chứa tinh bột CDs so với mẫu đối chứng khác biệt Riêng mẫu chứa - CD, cờng độ hơng giảm nhng khả giữ hơng đợc thấy rõ thông qua khác có nghĩa với mẫu đối chứng Vậy, sau tuần hơng đào ta thấy mẫu có chứa - CD giữ đợc cờng độ hơng ổn định, mẫu CDs hầu nh hiệu giữ hơng đào - Với hơng quế: + Sau ngày, ta thấy mẫu CDs tinh bột so với mẫu đối chứng không khác có nghĩa mức ý nghĩa 5% Duy có mẫu chứa - CD khác có nghĩa mẫu đối chứng, với khác có nghĩa 0,794337 + Sau tuần, ta thấy rõ đợc khác biệt mẫu chứa CDs mẫu đối chứng Còn khác biệt mẫu - CD so với mẫu đối chứng + Sau tuần, ta thấy rõ đợc khác biệt mẫu chứa CDs so với mẫu đối chứng Còn mẫu chứa - CD CDs hầu nh chênh lệch hơng so với mẫu đối chứng + Sau tuần, ta thấy hầu nh khác biệt mẫu chứa tinh bột - CD so với mẫu đối chứng Chỉ có mẫu chứa CDs khác có nghĩa so với mẫu đối chứng, mà so với mẫu chứa tinh bột + Sau tuần, hơng mẫu chứa tinh bột - CD so với mẫu đối chứng khác biệt Riêng mẫu chứa CDs khác có nghĩa so với mẫu đối chứng Vậy, sau tuần hơng quế ta thấy mẫu có chứa CDs giữ đợc cờng độ hơng ổn định mạnh Còn mẫu có chứa - CD có khả ổn định hơng tốt nhng khả giải phóng hơng thấp * Tóm lại: - 53 - - Tại thời điểm, khác mẫu cờng độ hơng không nhiều Để đánh giá khả giữ hơng tốt mẫu phải vào việc so sánh cờng độ hơng thời điểm với mẫu - Với nghiên cứu trên, ta dễ dàng thấy rõ khả cố định hơng - CD nói riêng CDs nói chung - Khả ổn định hơng CD phụ thuộc vào loại hơng định Kết luận Qua trình nghiên cứu, ta thu đợc kết nh sau: Đã nghiên cứu phơng pháp tách - CD khỏi hỗn hợp - CD phơng pháp sử dụng nấm men với điều kiện thích hợp là: + Nồng độ dịch - CD: 15Bx + Tỷ lệ nấm men: 3,5% + Thời gian lên men: 16h + Nhiệt độ lên men: 35C + Tốc độ lắc: 125 vòng/ phút Đã nghiên cứu phơng pháp tinh thu hồi - CD: - Tẩy màu làm dịch than hoạt tính với: nồng độ than sử dụng thích hợp 1,5% điều kiện nhiệt độ 80C thời gian 30 phút - Thu hồi -CD phơng pháp kết tinh tạo tinh thể với điều kiện kết tinh thích hợp là: + Nồng độ dịch đem kết tinh: 50Bx + Thời gian kết tinh: ngày + Nhiệt độ kết tinh: 5C - Kết thu đợc tinh thể có độ tinh khiết đạt 80%; hiệu suất 66,78% độ ẩm 10% - 54 - Đã nghiên cứu bớc đầu ứng dụng - CD CDs vào cố định hơng số loại tinh dầu dùng thực phẩm, mỹ phẩm Kết thu đợc sản phẩm - CD CDs có khả giữ hơng tốt Tài liệu tham khảo Tiếng Việt Vũ Thị Minh Đức, 2001, Thực tập vi sinh vật học, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Văn Mùi, 1982, Thực hành hoá sinh học, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Lê Ngọc Tú, La Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Phạm Quốc Thăng, Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Hợi, Lu Duẩn, Lê Doãn Diên, 2002, Hoá sinh công nghiệp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Lê Ngọc Tú, Lu Duẩn, Đặng Thị Thu, Lê Thị Cúc, Lâm Xuân Thanh, Phạm Thu Thuỷ, 2000, Biến hình sinh học sản phẩm từ hạt, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Lê Xuân Phơng, Đại học Đà Nẵng, Trờng đại học kỹ thuật, 2001, Vi sinh vật công nghiệp, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Phạm Vĩnh Viễn, 1982, Hoa Mầu, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Tổng cục thống kê, 2004, Niên giám thống kê 2003, Nhà xuất Hà Nội Tiếng Anh A Cepeda, CM Franco, CA Fente, BI Vazquez, JL Rodriguez, P Prognon, 1996, Post column excitation of aflatoxins using cyclodextrins in liquid chromatography for food analysis, J Chromatogr A 721, 69- 74 B.A Van der Veen, J.C.M Uitdehaag, B.W Dijktra, L Dijkhuizen, 2000, Engineering of cyclodextrin glycosyltransferase reaction and product specificity, Biochim Biophys Acta 1543, 336-360 10 E Scheiderman, AM Stalcup, 2000, Cyclodextrin: a versatile tool in separation science, J Chromatogr 745, 83-102 11 G Schmid, 1989, Cyclodextrin glycanotransferase: yield enhancement by overexpression of cloned genes, Trends biotechnol 7, 244-248 - 55 - 12 Graciette Matioli, Gisella M Zanin, F.De Moraes, 2002, Influence of subtrate and product concentrations on the production of cyclodextrin by CGTaza of Bacillus firmus, strain no 37, Appl Biochem Biotechnol., 98-100, 947-961 13 H Shitty, R Bar, 1992, New approach for selective separation of dilute products from simulated Clostridial fermentation broth using cyclodextrins, Biotechnol Bioeng 39, 462-466 14 I Guobet, C Dahout, E Semon, E Guichard, J.L Le Guere, A Voilley, 2001, Competitive binding of aroma compounds by -cyclodextrin, J Agric Food Chem 49, 5916- 5922 15 J Trinh, JM Dodd, R Bartolo, JM Lucas, 1999, Cyclodextrin based compositions for reducing body odour, US Patent 5,897,855 16 Joel R Garbow, John J Likes, Stephen A Schroeder, 2001, Structure, dynamic and stability of - cyclodextrin inclusion complexes of apartame and neotame, J Agric Food Chem 49, 2053- 2060 17 L Bardi, A Mattei, S Stephan, M Mazzona, 2000, Hydrocarbon degradation by a soil microbial population with - cyclodextrin as surfactant to enhanhce bioavailability, Enzyme Microb Technol 27, 709-713 18 Mamata Shigh, Rohit Sharma, U.C Banerjee, 2002, Biotechnological applications of cyclodextrin, Biotechnol Adv 20, 341- 359 19 N Prasad, D Strauss, G Reichart, 1999, Cyclodextrins inclusion for food, cosmetics and pharmaceuticals, European Patent 1,084,625 20 Philip H Madison, 2002, Carbohydrate mediation of aqueous polymerizations: cyclodextrin mediation aqueous polymerizations of methacrylate, Thesis of master in chemistry, Virginia polytechnic institute, Blacksburg 21 R A Hedge, 1998, Industrial applications of cyclodextrin, Chem Rev 98, 20352044 22 R Bar, 1989, Cyclodextrin aided bioconversions and fermentations, Trends Biotechnol 7, 2-4 23 W Shieh, A Hedge, 1994, US Patent 5,371,209 Internet - 56 - 24 www.biopract.de 25 www.cyclodex.com/natural-cyclodextrins.htm 26 www.cyclodextrin.org 27 www.geocities.com/florecitafolmer/paper04a.htm 28 www.lewport.wnyric.org/j imations/Enzyme%20activity.html 29 www.natur.cuni.cz/~jindrich/CD - 57 - [...]... năng phân tách các hợp chất 1.1.4 ứng dụng của - CD - CD đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trên cơ sở khả năng tạo phức bao với nhiều hợp chất, qua đó thay đổi các tính chất lý hoá của chúng Các ứng dụng này nhằm: - Tăng độ hoà tan của các hợp chất a béo, ít tan trong nớc - Chuyển các chất từ dạng lỏng sang dạng rắn - Gắn cố định các chất dễ bay hơi, bảo vệ các chất dễ hút ẩm - Loại các mùi vị khó... chúng thờng độc và đôi khi gây tác dụng ngợc - CD có u điểm là không độc, giảm tác dụng phụ cũng nh có thể làm bền các thành phần hoạt động của thu c, đồng thời che giấu vị đắng khó chịu của thu c - CD đợc dùng rộng rãi trong các công thức thu c giảm đau, thu c chống nhiễm trùng, thu c chống dị ứng, co giật, thu c lợi niệu, các chất chống nghiện [4] * Trong các quá trình chuyển hoá sinh học và lên men... nghiệm với các mẫu có nồng độ dịch khác nhau, trong điều kiện nhiệt độ là 35C; tốc độ lắc là 125 vòng/phút; lợng nấm men bổ sung vào là 3,5%; thời gian nuôi cấy là 16 h Sử dụng dịch -CD sau khi thu phân bằng Sumizyme L, AMG và tiến hành pha loãng để đạt đợc các nồng độ thích hợp từ 5Bx đến 25Bx Các điều kiện đợc đặt ra ở trên là nhằm tối u hoá nồng độ dịch, và từng điều kiện một sẽ đợc tối u trong các thí... cũng nh các sáng chế liên quan đến CD [20] Đến cuối năm 1999, đã có hơn 4000 sáng chế và hiện nay, mỗi tháng có đến 30 sáng chế mới về sản xuất, ứng dụng CD và các dẫn xuất của nó [28] ở đa số các nớc, CD và các dẫn xuất của nó đợc cho phép sử dụng (ở liều lợng nhất định) ở Mỹ, CD đợc phép sử dụng nh là một chất bảo vệ hơng liệu ở kẹo cao su, kẹo cứng, bột ngũ cốc với liều lợng không quá 2%; ở các sản... nói riêng và CD nói chung bằng các phơng pháp lý học, sinh học đang rất thịnh hành, đảm bảo độ tinh khiết cao và an toàn cho ngời sử dụng 1.1.6 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng CD trên thế giới và ở Việt Nam * Thực trạng của CD trên thế giới: - 16 - Từ khi đợc phát hiện, CD đợc nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng ngày càng rộng rãi Điều đó thể hiện qua sự gia tăng nhanh con số các công bố nghiên... khuẩn và các tác nhân bay hơi đợc phủ lên giấy gói các sản phẩm tơi nhằm bảo quản đợc lâu hơn [18] * Trong nông nghiệp và công nghiệp hoá học Phức của - CD với nhiều hoá chất phục vụ nông nghiệp nh thu c diệt cỏ, thu c trừ sâu, trừ nấm làm tăng độ bền và độ tan của các sản phẩm trên Trong công nghiệp hoá học, - CD đợc dùng rộng rãi để tách các isome, enantiome hay xúc tác các phản ứng Về mặt xúc tác, các. .. gia thực phẩm và do đó, các nhà sản xuất ở Nhật Bản đều sử dụng quá trình không dung môi Một cải tiến trong quá trình sản xuất CD không dung môi là việc sử dụng máy siêu lọc để loại bỏ các CD và acrylic dextrin nhỏ khác trong phản ứng enzim Công đoạn sử dụng máy siêu lọc tạo ra một hiệu suất cao hơn đáng kể, tạo điều kiện cho quá trình tách các phần tinh bột không chuyển hoá khỏi các CD và việc kết tinh... giàu protein, vitamin và lipid Nấm men có khả năng lên men các loại đờng để tạo thành rợu trong điều kiện yếm khí, còn trong điều kiện hiếu khí thì chúng lại có khả năng tạo thành sinh khối tế bào, vì thế nấm men đợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm để sản xuất rợu, bia, nớc giải khát lên men, sản xuất men bánh mỳ [5] Chính những u điểm này mà nấm men đợc ứng dụng vào giai đoạn đồng hoá... đờng nhất định trong dịch thì khoảng thời gian thích hợp cho quá trình đồng hoá chính là yếu tố rất cần thiết trong quy trình công nghệ Thời gian quyết định quá trình đồng hoá có hết đờng hay không của nấm men Nói cách khác, chính thời gian cũng quyết định khả năng đồng hoá - 22 - Tuy nhiên, thời gian nuôi cấy thích hợp không chỉ phụ thu c vào nồng độ dịch đờng ban đầu mà nó còn phụ thu c vào cả nhiệt... tinh bằng Sumizyme 0,5% và AMG 0,4% tại nhiệt độ 55C trong 4,5h - Dịch -CD: Dịch sau quá trình thu phân hết - CD và -CD sót thì đem tiến hành vô hoạt enzim ở 100C trong 15 phút Dịch lúc này chính là dịch -CD, và ta sẽ nghiên cứu các điều kiện công nghệ tách và thu hồi -CD ra khỏi dịch -CD này - 29 - Tinh bột sắn () Toruzim 2% Dịch hoá, (800C; 5) Toruzim 1% Vòng hoá (8h; 550C) Thu phân bằngAMG (0,1%;600C)