Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình tẩy màu dịch chiết cỏ ngọt

Nằm trong dự án “Hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất một số sản phẩm thực phẩm chức năng chứa hoạt chất Stevioside có tác dụng hỗ trợ bệnh nhân tiểu đường từ cây cỏ ngọt Việt Nam” củ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-Lê Thị Hồng Toan

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH TẨY MÀU

DỊCH CHIẾT CỎ NGỌT

Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

PGS.TS TRẦN TRUNG KIÊN

HÀ NỘI - 2015

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 4

LỜI CẢM ƠN 5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 9

PHẦN MỞ ĐẦU 11

PHẦN 1: TỔNG QUAN 13

1.1 Cây cỏ ngọt và Stevioside 13

1.1.1.Cây cỏ ngọt [10,11] 13

1.1.2.Chất ngọt Stevioside trong cây cỏ ngọt 18

1.1.3.Một số quy trình trích ly và tinh chế dịch chiết cỏ ngọt đã thực hiện 22 1.2 Quá trình hấp phụ và vật liệu hấp phụ γ-Al 2 O 3 24

1.2.1.Quá trình hấp phụ rắn-lỏng [6] 24

1.2.2.Vật liệu hấp phụ γ-Al 2 O 3 27

1.3 Phương pháp nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng và tối ưu hóa quá trình công nghệ [13] 28

1.3.1.Lý thuyết về quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hoá 28

1.3.2.Ứng dụng của quy hoạch thực nghiệm trong công nghệ hoá học 33

PHẦN 2: THỰC NGHIỆM 37

2.1 Điều kiện nghiên cứu 37

2.1.1.Nguyên liệu 37

2.1.2.Hóa chất, chất chuẩn 37

2.1.3.Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 37

2.1.4.Phương pháp phân tích 38

2.2 Quy trình thí nghiệm 41

2.2.1.Chuẩn bị mẫu và vật liệu hấp phụ 41

2.2.2.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ 43

2.2.3.Hoàn nguyên vật liệu hấp phụ 47

2.3 Xử lý kết quả 47

PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49

3.1 Thông số đặc trưng của vật liệu hấp phụ γ-Al 2 O 3 49

3.2 Sắc ký đồ và đường chuẩn của Stevioside chuẩn 52

3.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ tẩy màu 53

3.3.1.Thí nghiệm khảo sát tỷ lệ Rắn - Lỏng và Kết quả phân tích nồng độ Stevioside, độ hấp thụ quang trong dung dịch sau hấp phụ 53

3.3.2.Thí nghiệm khảo sát thời gian hấp phụ và Kết quả đo độ hấp thụ quang trong dung dịch sau hấp phụ 58

3.3.3.Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ hấp phụ và Kết quả phân tích nồng độ Stevioside, độ hấp thụ quang trong dung dịch sau hấp phụ 59

3.3.4.Thí nghiệm khảo sát tốc độ khuấy và Kết quả đo độ hấp thụ quang trong dung dịch sau hấp phụ 62

3.3.5.Thí nghiệm khảo sát pH và Kết quả phân tích nồng độ Stevioside, độ hấp thụ quang trong dung dịch sau hấp phụ 63

3.4 Nghiên cứu tối ưu quá trình hấp phụ tẩy màu 65

3.4.1.Kế hoạch thực nghiệm bậc một hai mức tối ưu .65

3.4.2.Kiểm tra tính tương hợp của phương trình hồi quy và thực nghiệm .68 3.4.3.Kế hoạch trực giao bậc hai 69

3.4.4.Kiểm tra tính tương hợp của phương trình hồi quy phi tuyến với thực nghiệm 72

3.4.5.Xác định chế độ tối ưu của quá trình .73

PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC 79

6.1 Tổng hợp vật liệu hấp phụ và Thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng 79

6.1.1.Tổng hợp vật liệu hấp phụ 79

6.1.2.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ 80

6.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 82

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả cam đoan rằng: Luận văn “Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình tẩy màu

dịch chiết cỏ ngọt” là công trình nghiên cứu của riêng tác giả.

Các số liệu trong luận văn được sử dụng trung thực Kết quả nghiên cứu đượctrình bày trong luận văn này chưa từng được công bố tại bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 15 tháng 09 năm 2015

Tác giả luận văn

LÊ THỊ HỒNG TOAN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

WHO Tổ chức Y tế thế giới

BMI Chỉ số phát triển cơ thể

FAO Tổ chức lương thực thế giới

HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao

Hạt M Vật liệu hấp phụ γ-Al2O3 có kích thước hạt 0.15-0.5 mm

Hạt L Vật liệu hấp phụ γ-Al2O3có kích thước hạt 0.5-1.25 mm

Hạt G Vật liệu hấp phụ γ-Al2O3có kích thước hạt > 1.25 mm

Mi Mẫu khảo sát sử dụng γ-Al2O3 có kích thước hạt 0.15-0.5 mm

Li Mẫu khảo sát sử dụng γ-Al2O3có kích thước hạt 0.5-1.25 mm

Gi Mẫu khảo sát sử dụng γ-Al2O3 có kích thước hạt > 1.25 mm

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Thành phần chung của lá cây cỏ ngọt 14

Bảng 1.2: Thành phần khoáng chất trong lá cỏ ngọt 15

Bảng 1.3: Các nhóm chức cụ thể đối với từng hợp chất 16

Bảng 1.4: Thành phần acid amin của cỏ ngọt 17

Bảng 1.5: Thành phần chất màu của cỏ ngọt 17

Bảng 2.1: Thống kê tên mẫu khảo sát tỷ lệ rắn lỏng 43

Bảng 2.2: Khảo sự thay đổi hàm lượng Stevioside sau hấp phụ 44

Bảng 2.3: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tới quá trình hấp phụ 45

Bảng 2.4: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình hấp phụ 45

Bảng 2.5: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy tới quá trình hấp phụ 46

Bảng 2.6: Khảo sát ảnh hưởng của pH tới quá trình hấp phụ 47

Bảng 3.1: Màu sắc cảm quan của các dung dịch sau hấp phụ với các kích thước hạt và nồng độ dịch chiết khác nhau 53

Bảng 3.2: Độ hấp thụ quang tại bước sóng 480 nm của dịch sau hấp phụ với các kích thước hạt và nồng độ dịch khác nhau 53

Bảng 3.3: Nồng độ của Stevioside trong các mẫu trước và sau khi hấp phụ 56

Bảng 3.4: Tỷ lệ nồng độ trước và sau hấp phụ của Stevioside trong các mẫu so với dịch trước hấp phụ 57

Bảng 3.5: Độ hấp thụ quang tại bước sóng 480 nm của dịch chiết sau hấp phụ với các nhiệt độ khác nhau 58

Bảng 3.6: Độ hấp thụ quang tại bước sóng 480 nm của dịch chiết sau hấp phụ với các nhiệt độ khác nhau 59

Bảng 3.7: Nồng độ và Tỷ lệ nồng độ trước và sau hấp phụ của Stevioside khi hấp phụ tại các nhiệt độ 61

Bảng 3.8: Độ hấp thụ quang tại bước sóng 480 nm của dịch chiết sau hấp phụ với tốc

độ khuấy khác nhau 62Bảng 3.9: Độ hấp thụ quang tại bước sóng 480 nm của dịch chiết sau hấp phụ với pH

khác nhau 63Bảng 3.10: Nồng độ và Tỷ lệ nồng độ Stevioside trước và sau hấp phụ trong điều kiện

pH khác nhau 64Bảng 3.11: Ma trận thực nghiệm kế hoạch toàn phần hai mức tối ưu 66Bảng 3.12: Kết quả thí nghiệm lặp tại tâm 67Bảng 3.13: Ma trận thực nghiệm kế hoạch thực nghiệm trực giao của Box-Wilson 71Bảng 3.14: Bảng kết quả thí nghiệm tại điều kiện tối ưu 74

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Cây cỏ ngọt và các bộ phận chính 14

Hình 1.2: Cấu trúc chung của Stevioside và các hợp chất 15

Hình 1.3: Cấu trúc hóa học Stevioside 18

Hình 1.4: Tính bền nhiệt và sự phân hủy của Stevioside rắn 19

Hình 1.5: Tính bền của Stevioside trong các điều kiện pH, nhiệt độ, thời gian 20

Hình 1.6: Sự ổn định của Stevioside trong các dung dịch acid (10 g/l), thời gian lưu trữ 4 tháng, nhiệt độ phòng (25oC ± 2) 20

Hình 1.7: Sơ đồ khối quá trình tinh chế dịch chiết cỏ ngọt dung môi ethanol 22

Hình 1.8: Sơ đồ khối quá trình tinh chế dịch chiết cỏ ngọt dung môi nước 23

Hình 1.9: Cấu trúc khối của γ-Al2O3 27

Hình 1.10: Hai lớp đầu tiên của tinh thể γ-Al2O3 27

Hình 2.1: Các đại lượng trong biểu thức Lamber - Beer 39

Hình 2.2: Phổ hấp thụ của một chất đối với ánh sáng 39

Hình 2.3: Sơ đồ khối công đoạn chuẩn bị mẫu thí nghiệm 41

Hình 2.4: Sơ đồ khối tổng hợp γ-Al2O3tại phòng thí nghiệm bộ môn Hóa hữu cơ 42

Hình 2.5: Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ Nitrogen (nhiệt độ -195.850°C) của hạt γ-Al2O3 49

Hình 2.6: Đồ thị phân bố kích thước mao quản theo thể tích lỗ xốp 50

Hình 2.7: Phân bố diện tích mao quản theo diện tích bề mặt 51

Hình 3.1: Sắc ký đồ của Stevioside chuẩn 52

Hình 3.2: Đường chuẩn của Stevioside chuẩn 52

Hình 3.3: Độ hấp thụ quang của dịch chiết chưa hấp phụ 54

Hình 3.4: Độ hấp thụ quang của dịch chiết sau khi hấp phụ với hạt 0,15-0,5 mm 54

Hình 3.5: Độ hấp thụ quang của dịch chiết sau khi hấp phụ với hạt 0,5-1,25 mm 55

Hình 3.6: Độ hấp thụ quang của dịch chiết sau khi hấp phụ với hạt >1,25 mm 55

Hình 3.7: Sự phụ thuộc Tỷ lệ nồng độ Stevioside trước và sau hấp phụ theo Tỷ lệ rắn

lỏng với các kích thước hạt khác nhau 57Hình 3.8: Khảo sát thời gian qua độ hấp thụ quang của dịch chiết sau khi hấp phụ với

hạt >1,25 mm 59Hình 3.9: Khảo sát nhiệt độ qua độ hấp thụ quang của dịch chiết sau khi hấp phụ với

hạt 0,5-1,25 mm 60Hình 3.10: Tỷ lệ nồng độ Stevioside trước và sau hấp phụ tại các nhiệt độ 61Hình 3.11: Khảo sát tốc độ khuấy qua độ hấp thụ quang của dịch chiết sau khi hấp phụ

với hạt >1,25 mm 62Hình 3.12: Khảo sát ảnh hưởng của pH dịch chiết qua độ hấp thụ quang của dịch chiết

sau khi hấp phụ với hạt >1,25 mm 63Hình 3.13: Tỷ lệ nồng độ Stevioside trước và sau hấp phụ thay đổi theo pH 64

PHẦN MỞ ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triểu không ngừng của khoa học kỹ thuật con người đãchuyển từ lao động cơ bắp sang lao động trí óc Từ đó, chúng ta ngồi nhiều hơn, ít vậnđộng làm tăng nguy cơ mắc nhiều bệnh như béo phì, tiểu đường, tim mạch Nguyênnhân chính của điều này là do chúng ta thừa năng lượng Như chúng ta đã biết vị “ngọt” là một vị không thể thiếu trong cuộc sống Các chất tạo ngọt mà con người đang

sử dụng được sản xuất chủ yếu là từ đường saccharose (đường mía), fructose (đườngmật ong)… các loại đường này sẽ tạo năng lượng khi cơ thể hấp thụ Sử dụng nhiều sẽdẫn đến dư thừa, cơ thể hấp thu không hoàn toàn được hết năng lượng, từ đó gây racác căn bệnh như trên và một số bệnh lây truyền khác Ngày 05/03/2014, Tổ chức Y

tế thế giới (WHO) đã thay đ ổi khuyến nghị và đề nghị giảm một nửa mức tiêu thụđường cho phép, mỗi người trưởng thành có chỉ số phát triển cơ thể (BMI) bìnhthường không nên sử dụng quá 6 thìa cà phê đường mỗi ngày trong thực phẩm hay sửdụng các sản phẩm có chứa nhiều đường (mật ong, nước ngọt, soda…) Với nhữngngười mắc các bệnh liên quan thì lượng đường được phép sử dụng còn ít hơn nhiều

Để giải quyết vấn đề thêm vị ngọt vào thực phẩm mà không làm tăng năng lượngcung cấp cũng như đảm bảo chế độ dinh dưỡng phù hợp cho từng cơ thể, phải tìmkiếm các chất tạo ngọt thay thế cho các loại đường chứa năng lượng hiện nay Việclàm này đi theo hai con đường chính Một là tổng hợp nhân tạo, tuy nhiên sau một thờigian nghiên cứu cũng như th ực tế sử dụng đã chứng minh các chất tạo ngọt loại nàytiềm ẩn nguy cơ ung thư cao Vì vậy, hướng thứ hai và cũng là hướng đi chính hiệnnay tập trung nghiên cứu quá trình chiết tách các hợp chất có sẵn trong thiên nhiên đểhạn chế các tác động xấu lên cơ thể Một trong những chất tạo ngọt theo hướng này đó

là đường Stevioside chiết xuất từ lá cây Stevia (cỏ ngọt)

Nằm trong dự án “Hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất một số sản phẩm

thực phẩm chức năng chứa hoạt chất Stevioside có tác dụng hỗ trợ bệnh nhân tiểu đường từ cây cỏ ngọt Việt Nam” của Bộ GD-ĐT và kế thừa của các nghiên cứu trước,

luận văn này tập trung nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ tạp chấttrong dịch chiết cỏ ngọt sử dụng vật liệu hấp phụ γ-Al2O3để tinh chế Stevioside nhằmđạt hiệu suất cao hơn, rẻ tiền, không độc hại Từ đó xây dựng được sơ đồ thiết bị tinhchế stevioside từ cây cỏ ngọt ở Việt Nam trong quy mô phòng thí nghiệm

Từ những lý do trên, cùng sự hướng dẫn tận tình của PGS TS Trần Trung Kiên

và sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong trong và ngoài bộ môn, các em sinh viên, tôi

đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình tẩy màu dịch chiết cỏ ngọt”.

PHẦN 1: TỔNG QUAN1.1 Cây cỏ ngọt và Stevioside

1.1.1 Cây cỏ ngọt [10,11]

Tên khoa học: Stevia rebaudiana (Bertoni) Hemsley.

Tên đồng nghĩa: Eupatorium rebaudianum Bert.

Họ: Asteraceae (Cúc)

- Giới thiệu chung: Là một chi của khoảng 240 loài thảo mộc trong họ

Asteraceae có nguồn gốc cận nhiệt đới và nhiệt đới khu vực từ phía tây Bắc Mỹ đếnNam Mỹ Ngay từ những năm đầu của thế kỷ 20, người dân Paraguay đã biết sử dụng

cỏ ngọt như một loại nước giải khát Đến những năm 70, cỏ ngọt đã bắt đầu được dùngrộng rãi ở Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan, Hàn Quốc và nhiều nước Đông Nam Á.Tại Việt Nam, từ năm 1988, cỏ ngọt đã đư ợc nhập và trồng ở nhiều vùng như HàGiang, Cao Bằng, Hà Tây, Lâm Đồng

- Sử dụng: Nhiều nước trên thế giới đã phát triển việc dùng loại cây này trong đời

sống Cỏ ngọt được dùng như một loại trà dành cho những người bị bệnh tiểu đường,béo phì hoặc cao huyết áp Một thí nghiệm được tiến hành trên 40 bệnh nhân caohuyết áp độ tuổi 50 cho thấy loại trà này có tác dụng lợi tiểu, người bệnh thấy dễ chịu,

ít đau đầu, huyết áp tương đối ổn định Trong công nghiệp thực phẩm, cỏ ngọt đượcdùng để pha chế làm tăng độ ngọt mà không làm tăng năng lượng của thực phẩm.Ngoài ra, loại cây này còn được dùng trong chế biến mỹ phẩm như sữa làm mượt tóc,kem làm mềm da Nó vừa có tác dụng nuôi dưỡng tất cả các mô, tái tạo làn da mới vừachống nhiễm khuẩn, trừ nấm

- Đặc điểm: Là một loại cây thân thảo sống lâu năm, cao 0,5-1 m Thân cứng mọc

thẳng, có rãnh dọc, cành non và lá phủ nhiều lông trắng mịn, ít phân nhánh Lá mọcđối, hình mũi mác hoặc hình bầu dục, gốc thuôn, đầu tù hoặc hơi nhọn, dài 50-70 mm,rộng 10-15 mm, có 3 gân chính xuất phát từ cuống lá, mép có răng cưa ở phân nửaphần trên, hai mặt có lông trắng mịn, cuống lá rất ngắn Cụm hoa hình đầu, mỗi tổngbao có chứa 5 hoa nhỏ, tràng hình ống, màu trắng ngà, có 5 cánh nhỏ Hoa dài 10-12

mm, có mùi thơm nhẹ Toàn thân cây có vị ngọt, ngọt nhất ở lá, có vị ngọt đậm, vịngọt này chậm hơn nhưng kéo dài hơn so với đường Quả bế, không có mào lông, hạt

không có hột nhũ Cỏ ngọt sinh sản hữu tính qua gieo hạt, vô tính qua giâm cành, làcây ưa ẩm, ưa sáng nhưng sợ úng, chết khi ngập nước Mùa hoa từ tháng 5 đến tháng9.

Thành phần khoáng chất:

Bảng 1.2: Thành phần khoáng chất trong lá cỏ ngọt

Khoáng vĩ mô

Hàm lượng (mg/100g) Khoáng vi lượng

Hàm lượng (mg/100g)

cáo rằng có 20 amino acid, 9 acid amin được xác định là acid glutamic, aspartic acid,lysine, serine, isoleucine, alanine, proline, tyrosine và methionine.

Bảng 1.4: Thành phần acid amin của cỏ ngọt

Amino acid thiết yếu Amino acid không thiết yếu

Tên

Hàm lượng (g/100g)

Tên

Hàm lượng (g/100g)

Nồng độ mg/100g

Dịch chiết cỏ ngọt với dung môi nước và rượu etylic chứa một số tạp chất, baogồm chất màu thực vật và các hợp chất hữu cơ có chứa nhóm chức phenol (còn gọi làphenolic) gây màu, mùi và vị sai khác so với stevioside nguyên chất Màu nâu, vàngtrong dịch chiết do các phenolic, trong khi màu xanh do chlorophyll và xanthophyllgóp vào tạo ra Mùi của dịch chiết gây bởi các hợp chất hữu cơ kém ổn định Ngoài vịngọt của stevioside còn có các hợp chất polyphenol gây nên dư vị đắng (hợp chấtphenol cao phân tử) và chát (hợp chất phenol có khối lượng phân tử nhỏ) Vì vậy, quátrình tinh chế dịch chiết cỏ ngọt để loại bỏ các tạp chất này ngoài làm mất màu cònlàm giảm các dư vị đắng và chát cũng như mùi của dịch.

1.1.2 Chất ngọt Stevioside trong cây cỏ ngọt

- Tên gọi: Stevioside.

- Công thức cấu tạo:

Hình 1.3: Cấu trúc hóa học Stevioside

- Khối lượng phân tử: 804,87.

- Thành phần các nguyên tố: C 56,71%; H 7,51%; O 35,78%.

- Tính chất lý hóa: [2-278]

Tính bền của Stevioside rắn tại các nhiệt độ:

Hình 1.4: Tính bền nhiệt và sự phân hủy của Stevioside rắn

Thí nghiệm với 50mg bột stevioside trong máy gia nhiệt với khoảng nhiệt độ

40-200oC, thời gian 1 giờ với mỗi nhiệt độ, cho thấy stevioside ít bị phân hủy với nhiệt độthấp hơn 120oC, đến nhiệt độ 140oC bắt đầu thấy sự phân hủy nhiệt và tại 200oC thì bịphân hủy hoàn toàn Vì vậy, các quá trình tách, tinh chế và sử dụng Stevioside cần lưu

ý nhiệt độ không được vượt quá 120oC

+ Tính bền của Stevioside ở các pH và nhiệt độ khác nhau:

Hình 1.5: Tính bền của Stevioside trong các điều kiện pH, nhiệt độ, thời gian

Thí nghiệm với các mẫu dung dịch Stevioside (nồng độ 0,5 g/l) trong khoảng pH

2 - 10, thời gian 2 giờ, tại nhiệt độ 60oC cho thấy nồng độ Stevioside trong dung dịchgiảm không đáng kể Tại 80oC có sự giảm nhẹ (dưới 5% trong 2 giờ) Trong điều kiệnacid mạnh (pH = 1,0) nồng độ Stevioside giảm đáng kể, nếu giữ nhiệt trong 2 giờ thìStevioside bị phân hủy hoàn toàn

Sự ổn định của Stevioside trong môi trường acid hữu cơ:

Hình 1.6: Sự ổn định của Stevioside trong các dung dịch acid (10 g/l), thời gian

Thí nghiệm với dung dịch Stevioside nồng độ 10 g/l trong các dung dịch acidacetic (pH 2,6), acid citric (pH 2,1) và acid tartaric (pH 2,1), độ giảm stevioside là 2%,22% và 33% sau 4 tháng bảo quản Như vậy Stevioside ổn định với điều kiện bảo quảntrong dung dịch có tính acid trung bình như dung dịch acid acetic.

- Độ hòa tan: Một số nghiên cứu cho thấy Stevioside hòa tan tốt trong methanol,

ethanol và ít hòa tan trong nước Một số nghiên cứu khác chỉ ra rằng, Stevioside ít tantrong hexan, không hòa tan trong aceton, cloroform và ether Theo báo cáo nghiên cứu

của bộ môn Hoá hữu cơ thì 1 gram tan trong 800ml nước [7-8].

1.1.3 Một số quy trình trích ly và tinh chế dịch chiết cỏ ngọt đã thực hiện

- Tinh chế bằng Ethanol (sơ đồ được thực hiện tại Phòng Kỹ thuật, Công ty Cổ

phần Hóa dược Việt Nam)

Hình 1.7: Sơ đồ khối quá trình tinh chế dịch chiết cỏ ngọt dung môi ethanol

Ethanol

Tách acid amin

Ete dầu hỏa

Chưng cất

Ete dầu hỏa

Cô quay chân không

Tẩy màu

Lọc

Than hoạt tính

Than

Cỏ ngọt khô được chiết hồi lưu 2 lần bằng ethanol 65% Tập trung dịch chiết,chưng chân không để thu hồi dung môi ethanol rồi cô tới dịch đặc (còn lại khoảng18% thể tích) sau đó lọc Loại lipid bằng ether dầu Dịch sau khi đã loại bỏ lipid đưa đichưng cách thủy để tách ether dầu Chiết Stevioside bằng n-butanol bão hòa nước, chođến khi dịch nước không còn stevioside (khoảng 6 lần) Rửa dịch n-butanol bằng nướcbão hòa n-butanol Cất thu hồi n-butanol và cô đặc Cuối cùng trích ly bằng methanolvừa đủ rồi kết tinh ở nhiệt độ -5oC.

Ưu điểm:

Stevioside thu được tương đối tinh khiết

Nhược điểm:

Lượng Stevioside thu được ít, dễ bị ngả màu trong không khí

Dung môi sử dụng để tinh chế đắt tiền

Quy trình phức tạp

- Tinh chế bằng nước (Thực hiện tại phòng thí nghiệm Thủy lực và Thủy cơ, bộ

môn Quá trình - Thiết bị CNHH và Thực phẩm)

Bột stevioside

Kết tinh Cô đặc

Tẩy màu

Chất hấp phụ

Lọc

Tách acid amin

Hình 1.8: Sơ đồ khối quá trình tinh chế dịch chiết cỏ ngọt dung môi nước

Cỏ ngọt khô được nghiền, trích ly với nước và lọc bỏ bã Dịch lọc được tách axitamin bằng Ca(OH)2, lọc bỏ kết tủa Sử dụng chất hấp phụ mao quản trung bình (thanhoạt tính, γ-Al2O3) để tẩy màu sau đó lọc để thu hồi chất hấp phụ Dịch sau khi tẩymàu đem cô đặc và làm lạnh, kết tinh để thu được Stevioside.

Ưu điểm:

Dung môi ít độc hại với con người và môi trường

Quy trình tương đối đơn giản

1.2 Quá trình hấp phụ và vật liệu hấp phụ γ-Al 2 O 3

1.2.1 Quá trình hấp phụ rắn-lỏng [6]

- Khái niệm: Hấp phụ rắn-lỏng là quá trình hút chất tan trên bề mặt các vật liệu

xốp nhờ các lực bề mặt Chất bị hút được gọi là chất bị hấp phụ, các vật liệu xốp gọi làchất hấp phụ Hấp phụ xảy ra do lực hút tồn tại ở trên và gần sát bề mặt trong các maoquản Mạnh nhất là các lực liên kết hóa học gồm lực ion và lực hóa trị, tạo ra các hợpchất bền trên bề mặt, khó nhả hoặc chuyển phân tử thành các nguyên tử Quá trình nàythường bất thuận nghịch, xảy ra chậm gọi là hấp phụ hóa học Lực hấp phụ do lực hútphân tử Van der Waals hoặc lực liên kết Hydro tác dụng trong khoảng không gian gầnsát bề mặt Quá trình này thuận nghịch hoàn toàn, cân bằng đạt được tức thời, dễ nhảhoặc chuyển các phân tử thành các nguyên tử gọi là hấp phụ vật lý

Mỗi phân tử đã bị hấp phụ (dù ở pha khí hay lỏng) đều giảm độ tự do Nên hấpphụ luôn kèm theo sự tỏa nhiệt Trong hấp phụ hóa học, nhiệt hấp phụ lớn hơn, có thểbằng nhiệt phản ứng Do đó trong quá trình hấp phụ việc tách nhiệt luôn được đặt ra.Quá trình chuyển chất trong hấp phụ được xem như gồm ba giai đoạn chính Giaiđoạn thứ nhất là khuếch tán từ môi trường lỏng đến bề mặt hạt hấp phụ Giai đoạn nàyphụ thuộc tính chất vật lý và thủy động lực của chất lỏng Giai đoạn thứ hai là khuếchtán theo các mao quản đến bề mặt và giai đoạn cuối cùng là tương tác hấp phụ Haigiai đoạn sau phụ thuộc vào các tính chất và cấu trúc chất hấp phụ.

Hoạt độ hấp phụ (hoạt độ tĩnh) là lư ợng chất bị hấp phụ tối đa bởi một đơn vị chấthấp phụ ở trạng thái cân bằng được gọi là hoạt độ tĩnh a, thứ nguyên lượng/lượng

- Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ rắn-lỏng:

Hoạt độ hấp phụ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trước hết là chất hấp phụ và chất

bị hấp phụ, cấu trúc chất hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ, nhiệt độ và thành phần cáccấu tử bị hấp phụ khác

Tính chất và nồng độ của chất bị hấp phụ: hoạt độ hấp phụ đối với từng chất phụthuộc vào tính chất của chính nó, tính chất của chất bị hấp phụ và còn phụ thuộc vàotính chất và nồng độ các chất khác có trong hỗn hợp Thường nồng độ chất bị hấp phụcàng cao thì sẽ cần nhiều chất hấp phụ hơn Trong trường hợp lượng chất hấp phụ cốđịnh thì tới một giới hạn nồng độ nào đó, quá trình hấp phụ sẽ đạt cân bằng, nếu nồng

độ chất bị hấp phụ tiếp tục tăng thì quá trình hấp phụ không còn đạt được hiệu quảmong muốn nữa

Tỷ lệ rắn/lỏng: trong một số trường hợp, chất tan cần hấp phụ có nồng độ cố định,chính vì thế, cần khảo sát lượng hạt cần thiết cho quá trình hấp phụ, nếu lượng hạt quánhiều sẽ gây lãng phí, còn nếu quá ít sẽ không đạt được hiệu quả hấp phụ mong muốn.Nhiệt độ: trong trường hợp hấp phụ vật lý, thường nhiệt độ tăng thì hiệu quả hấpphụ giảm, còn trường hợp hấp phụ hóa học, cần có nhiệt độ cao để đảm bảo nănglượng hoạt hóa

Cấu trúc mao quản, tính chất bề măt của chất hấp phụ: Các chất hấp phụ cần đạtcác yêu cầu cơ bản: có bề mặt riêng lớn, có các mao quản đủ lớn để các phân tử hấpphụ đến được bề mặt, nhưng cũng cần đủ nhỏ để loại các phân tử xâm nhập, có tính

chọn lọc Hoạt độ tĩnh phụ thuộc rất nhiều vào sự phù hợp giữa chất hấp phụ và chất bịhấp phụ Các chất hấp phụ giàu mao quản nhỏ hấp phụ rất nhiều các chất khí, song lại

có hoạt độ thấp khi dùng hấp phụ chất lỏng hữu cơ Xét tính chất bề mặt, các chất hấpphụ gồm hai loại chính: bề mặt có cực và không cực Tính chất này ảnh hưởng mạnhtrong hấp phụ chất lỏng Các chất hấp phụ có cực (như silicagen) sẽ có hoạt độ lớn hơnkhi hấp phụ các chất có cực Còn chất hấp phụ không cực (như than hoạt tính) sẽ hấpphụ tốt chất hữu cơ

Thời gian lưu: Thời gian lưu có ảnh hưởng lớn tới hiệu quả của quá trình hấp phụ,thời gian lưu càng dài thì hấp phụ càng tốt, nhưng dài quá thì ảnh hưởng tới năng suấtcủa quá trình và năng lượng tiêu tốn

pH của môi trường: pH của môi trường ảnh hưởng nhiều lên tính chất của bề mặtchất hấp phụ và chất bị hấp phụ trong dung dịch Do đó, ảnh hưởng lên hoạt độ hấpphụ Mỗi chất hấp phụ sẽ hoạt động tối ưu ở một khoảng pH của môi trường nhấtđịnh.Ví dụ chất kỵ nước hấp phụ tốt nhất ở pH tương ứng điểm đẳng điện của nó

- Ứng dụng của quá trình hấp phụ trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm:

Hấp phụ là quá trình ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm vànhiều lĩnh vực chế biến khác: tách triệt để các chất có hàm lượng thấp; tẩy màu, tẩymùi các dung dịch; hấp phụ các chất độc hại trong nước và khí thải Ngày nay các chấthấp phụ đã đư ợc chế tạo để tách các đồng phân paraffin, tách nhiều chất lỏng hữu cơphân tử thấp thay cho quá trình chưng luyện trong những trường hợp khó khăn Chấthấp phụ còn giữ vai trò quan trọng trong việc sản xuất chất xúc tác, tiến hành quá trìnhxúc tác không đồng thể phân bề mặt phân chia pha

1.2.2 Vật liệu hấp phụ γ-Al 2 O 3

- Cấu trúc của γ-Al 2 O 3

Cấu trúc của γ-Al2O3 được xây dựng từ đơn lớp của các quả cầu xếp chặt Lớpthứ nhất có dạng tâm đối mà ở đó mọi ion O2- được định vị ở vị trí 1 Lớp tiếp theođược phân bố trên lớp thứ nhất, ở đó tất cả những quả cầu thứ hai nằm ở vị trí lõm sâucủa lớp thứ nhất ( vị trí 2) Lớp thứ 3 nằm trên các lỗ sâu khác của lớp thứ nhất (vị trí3) hình 2

- Các thông số của γ-Al 2 O 3 :

Khối lượng riêng của γ-Al2O3: 3,20 – 3,77 g/cm3;

Hệ số khuếch tán của tinh thể γ-Al2O3: no=1,73, Ng=1,69, Np= 1,69;

Thông số ô mạng cơ sở của γ-Al2O3(A0): a = 7,70 – 7,96, c = 7,82 – 7,92

γ-Al2O3 có diện tích bề mặt khá lớn, chứa nhiều lỗ xốp có đường kính vào khoảng

phân hủy muối nhôm từ 900÷9500C Trên bề mặt của γ-Al2O3 tồn tại hai loại tâm acid,

đó là tâm acid Lewis và tâm acid Bronsted

1.3 Phương pháp nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng và tối ưu hóa quá trình công nghệ [13]

1.3.1 Lý thuyết về quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hoá.

Nhiều công trình nghiên cứu khoa học công nghệ thường đưa đến giải bài toáncực trị, tìm điều kiện tối ưu để tiến hành các quá trình, hoặc lựa chọn thành phần tối ưu

để tiến hành các quá trình, hoặc lựa chọn thành phần tối ưu của hệ nhiều cấu tử

Thông thường các hệ cần điều khiển và tối ưu hoá lại phức tạp đến mức khôngthể nghiên cứu trong khoảng thời gian hợp lý Đối tượng nghiên cứu ngày càng đadạng hơn, trở thành những hệ thống cồng kềnh với tập hợp lớn các yếu tố ảnh hưởng

và chỉ tiêu đánh giá Mối liên quan giữa các thành phần trong hệ thống càng không thể

mô tả một cách hoàn hảo bằng các hàm lý thuyết Trong đa số trường hợp bài toán cựctrị được giải bằng thực nghiệm Lý thuyết về quy hoạch thực nghiệm từ khi ra đời đãthu hút sự quan tâm và nhận được đóng góp hoàn thiện của nhiều nhà khoa học.Những ưu điểm của phương pháp này so với các thực nghiệm cổ điển là:

 Giảm đámg kể số lượng và thời gian thí nghiệm

 Nhận được mô hình toán học thống kê thực nghiệm, đánh giá được sai sốbức tranh thí nghiệm theo các tiêu chuẩn thống kê cho phép xác định cácảnh hưởng của các yếu tố với mức độ tin cậy cần thiêt

 Cho phép xác định được điều kiện tối ưu đa yếu tố của đối tượng nghiêncứu một cách chính xác bằng các công cụ toán học

i Các khái niệm cơ bản của quy hoạch thực nghiệm.

* Định nghĩa quy hoạch thực nghiệm : Theo nghĩa rộng quy hoạch thựcnghiệm là tập hợp các tác động nhằm đưa ra chiến thuật làm thực nghiệm từ giai đoạnđầu đến giai đoạn kết thúc của quá trình nghiên cứu đối tượng ( từ nhận thông tin môphỏng đến việc tạo ra mô hình toán, xác định các điều kiện tối ưu ), trong điều kiện đãhoặc chưa hiểu biết đầy đủ về cơ chế của đối tượng

* Đối tượng nghiên cứu của quy hoạch thực nghiệm trong các ngành công nghệthường là một quá trình hoặc một hiện tượng nào đó có những tính chất đặc điểm cầnnghiên cứu Người nghiên cứu có thể chưa hiểu biết đầy đủ về đối tượng nhưng đã cómột số tiên nghiệm khái lược những yếu tố biến đổi, ảnh hưởng đến tính chất đốitượng

Do đối tượng nghiên cứu của quy hoạch thực nghiệm thường là những hệ phứctạp, với cơ chế chưa được hiểu biết đầy đủ nhờ các mô hình lý thuyết, nên có thể hìnhdung chúng như một “hộp đen” trong hệ thống điều khiển gồm các tín hiệu đầu vào vàđầu ra.

Người ta chia các tín hiệu đầu vào thành các nhóm:

* Các biến kiểm tra được và điều khiển được, mà người nghiên cứu có thể điềuchỉnh theo dự định, biểu diễn bằng vectơ:

tố Các biến Z thuộc loại biến ngẫu nhiên

Các chỉ tiêu đầu ra dùng để đánh giá đối tượng là vectơ Y = (y1,y2, ,yq).Chúng thường được gọi là các hàm mục tiêu Biểu diễn của hàm mục tiêu được gọi làmặt đáp trị ( bề mặt biểu diễn )

Đối tượng nghiên cứu chính của lý thuyết quy hoạch thực nghiệm là các thựcnghiệm tích cực Đó là thực nghiệm chỉ bao gồm các yếu tố vào thuộc nhóm Z, ngườithực nghiệm chủ động thay đổi chúng theo kế hoạch thực nghiệm đã vạch sẵn

Kế hoạch thực nghiệm bao gồm các điểm thí nghiệm, còn gọi là điểm của kếhoạch Đó là một bộ (còn gọi là phương án ) kết hợp các giá trị cụ thể của các yếu tốvào Z, ứng với điều kiện tiến hành một thí nghiệm trong tập hợp các thí nghiệm củathực nghiệm Tại điểm thứ i của kế hoạch ( điểm kế hoạch i ), bộ kết hợp các giá trị Zjibao gồm giá trị của k yếu tố vào :

Zji= [Z1i,Z2i, ,Zki]Tập hợp chung các vectơ Zji (i = 1,2, ,N) tạo thành kế hoạch thực nghiệm Ởđây N là số điểm thí nghiệm của kế hoạch

Các giá trị cụ thể của yếu tố vào Z được ấn định tại các điểm kế hoạch, gọi làcác mức yếu tố Mức của các yếu tố không giống nhau Khái niệm mức yếu tố được sửdụng khi mô tả các điểm đặc trưng trong miền quy hoạch : mức trên, mức dưới, mức

cơ sở, các mức “sao” Mức cơ sở

j

Z của vectơ Zo chọn theo công thức:

o j

Giá trị mã hoá của yếu tố là đại lượng không thứ nguyên, quy đổi chuẩn hoá từcác mức giá trị thực của thông số nhờ quan hệ :

j

Z là giá trị thực tế của thông số vào thứ j;

j

x là giá trị mã của thông số vào thứ j

Gốc toạ độ của các xj trùng với tâm thực nghiệm, bước thay đổi của các biến

mã xj ứng với các bước x j chính là 1 đơn vị :

ii Thuật toán của phương pháp quy hoạch thực nghiệm cực trị

 Chọn thông số nghiên cứu.

Giai đoạn này bao gồm việc phân loại các yếu tố ảnh hưởng lên đối tượng thànhcác nhóm Z (kiểm tra được, điều khiển được), nhóm T ( kiểm tra được, không điềukhiển được) và nhóm E (không kiểm tra được, không điều khiển được ) Người nghiêncứu một mặt đưa ra những biện pháp tích cực để hạn chế tác động của các nhóm yếu tố

T, E Mặt khác phải phân tích để chọn từ Z những yếu tố ảnh hưởng chính, loại bớtnhững yếu tố không cần thiết, nhằm đảm bảo tính khả thi và tính hiệu quả của thựcnghiệm

Căn cứ vào số yếu tố ảnh hưởng chính, chỉ tiêu đánh giá, mục đích, nhiệm vụthực nghiệm, người nghiên cứu phải biết nhóm các yếu tố vào theo các kế hoạch thựcnghiệm Tính hiệu quả và khả năng làm việc của các mô hình hồi quy phụ thuộc nhiềuvào kết quả xác định yếu tố vào của chúng

Trong giai đoạn này, miền quy hoạch và số mức thay đổi của các yếu tố ảnhhưởng phải được xác định sơ bộ Ở giai đoạn sau, miền quy hoạch và mức thay đổi cóthể được hiệu chỉnh cho phù hợp với loại kế hoạch được chọn

 Lập kế hoạch thực nghiệm.

Yêu cầu cơ bản của giai đoạn này là chọn được dạng kế hoạch thực nghiệm phùhợp với điều kiện tiến hành thí nghiệm và với đặc điểm các yếu tố đối tượng Mỗidạng kế hoạch đặc trưng bởi các chuẩn tối ưu và tính chất khác nhau, mà không phảibao giờ cũng có thể phân tích, đối chứng một cách rạch ròi.Vì thế ở đây nên quan tâmnhiều đến điều kiện thí nghiệm và đặc điểm đo đạc, nhận giá trị của mục tiêu Ở một

số trường hợp đặc điểm yếu tố vào (biến thiên liên tục hay rời rạc ) lại giữ vai tròquyết định

 Tiến hành thí nghiệm nhận thông tin.

Sử dụng các phương pháp xử lý số liệu, kiểm tra một số giả thiết thống kê Việc

xử lý nhanh các thông tin ngay trong quá trình nhận chúng có tác dụng tích cực, giúpxác minh được kịp thời những thí nghiệm cần bổ sung khi điều kiện thực nghiệm cònđang cho phép với các phép kiểm tra đồng nhất phương sai, tính liên thuộc của số liệu

bị nghi ngờ, mức độ ảnh hưởng thực sự của các yếu tố

 Xây dựng và kiểm tra mô hình thực nghiệm.

Sử dụng phương pháp bình phương nh ỏ nhất và các nội dung phân tích hồi quy,phân tích phương sai để xác định giá trị cụ thể của các hệ số trong mô hình hồi quy đa

thức, kiểm tra mô hình theo độ tương thích và khả năng làm việc Tuỳ theo loại thựcnghiệm tuyến tính hay bậc hai mà mô hình là tuyến tính:

B = [X*X]-1X*Ytrong đó X* là ma trận chuyển vị của ma trận kế hoạch

Mô hình thống kê thực nghiệm chỉ có thể sử dụng sau khi đã thoả mãn các tiêuchuẩn thống kê (Student và Fisher)

 Tối ưu hoá hàm mục tiêu.

Đây là nội dung đặc trưng nhưng cũng là phức tạp nhất của quy hoạch cực trị.Nếu hàm mục tiêu có dạng phi tuyến thì thuật toán tìm chế độ tối ưu có thể cócác bước sau:

a.Xác định toạ độ điểm cực trị ys(xjs) của hàm mục tiêu bằng cách giải hệphương trình tuyến tính các đạo hàm riêng bậc nhất của hàm y theo từng yếu tố ảnhhưởng xj( j = 1,2, ,k):

b.Chuyển phương trình về dạng chính tắc (chuẩn hoá các hệ số của mô hình ).Dựa vào đặc điểm dấu và trị số của các hệ số chính tắc để phân loại dạng bề mặt đangxét Nếu mặt mục tiêu thuộc loại có cực đại hoặc cực tiểu thì kết quả tìm cực trị ys(xjs),(j = 1,2, ,k) chính là điểm tối ưu cần tìm, bài toán dừng ở đây

c.Nếu mặt chỉ thuộc loại minimax hoặc loại tăng nhanh cao điểm, thì toạ độ cựctrị ys(xjs) chỉ là điểm đặc biệt của bề mặt đối tượng, để tìm điểm tối ưu mà tại đó hàmmục tiêu có giá trị cực trị, cần giải bài toán cực trị có điều kiện của bề mặt mục tiêutrong không gian yếu tố đang xét

d.Kiểm chứng bằng thực nghiệm: Để khẳng định tính đúng đắn và độ tin cậycủa các kết quả nghiên cứu trước đây, người thực nghiệm cần đặt thực nghiệm vàođiểm tối ưu và kiểm định sự phù hợp của giá trị tối ưu xác định bởi phương trình hồiquy so với kết quả thực nghiệm Để kết quả kiểm chứng là tin cậy về mặt thống kê,cần đánh giá mức độ trùng nhau đó theo các chuẩn thống kê, được thành lập dựa trênphân tích phương sai.

1.3.2 Ứng dụng của quy hoạch thực nghiệm trong công nghệ hoá học

i Thiết lập các mô tả thống kê.

Việc thiết lập các mô tả thống kê tiến hành theo năm bước

FHlà bậc tự do hình học

 Xác định cấu trúc hệ thực hiện quá trình hoá lý

Hệ chỉ là một hộp đen không biết rõ bản chất bên trong mà chỉ có mối liên hệbên ngoài giữa hàm mục tiêu và các yếu tố ảnh hưởng

 Xác định các tham số của mô tả thống kê được xác định từ N thực nghiệm

nhờ các kế hoạch thực nghiệm theo phương pháp bình phương cực tiểu

trong đó tp,f2 là tiêu chuẩn Student tra bảng ở mức có nghĩa p và bậc tự do lặp f2

Sblà độ lệch của phân bố b được xác định theo công thức:

Sb =

0.52

ll

S N

y là giá trị của thực nghiệm lặp thứ a

o

y giá trị trung bình cộng của các thí nghiệm lặp

Sau khi loại bỏ các hệ số không có nghĩa, nếu kế hoạch thực nghiệm không trựcgiao ta cần phải tính lại các hệ số có nghĩa cho đến khi tất cả các hệ số đều có nghĩa,rồi sau đó kiểm tra tính tương hợp của mô tả được ký hiệu là y



chỉ chứa các hệ số cónghĩa và các biến kèm theo nó

 Kiểm tra sự tương hợp của mô tả.

Sự tương hợp của mô tả thống kê với bức tranh thực nghiệm được kiểm chứngtheo tiêu chuẩn Fisher nhờ điều kiện:

F =

2

, 2, 1 2

du

p f f ll

ii Các phương pháp kế hoạch hoá thực nghiệm cực trị chủ yếu.

 Kế hoạch bậc một hai mức tối ưu.

Nếu không có thông tin tiên nghiệm cho biết hệ đang ở vùng dừng ( vùng phituyến, vùng cực trị ) thì để mô tả quá trình trong hệ ta nên dùng hàm tuyến tính vàkhông có các số hạng bình phương Để xác định các tham số của nó ta nên dùng kếhoạch bậc một hai mức tối ưu của Box-Wilson còn được gọi là kế hoạch 2k (toànphần), hoặc trong trường hợp cần tiết kiệm thời gian dùng kế hoạch bán phần 2k-1

Các kế hoạch bậc một hai mức tối ưu có ba ưu điểm rất cơ bản sau :

Kế hoạch trực giao vì vậy tính toán rất đơn giản, các thông số đều tính độc lậpvới nhau, nên khi loại bỏ các hệ số không có nghĩa sẽ không phải tính lại các hệ số cónghĩa

Kế hoạch tối ưu D, nghĩa là định thức của ma trận thông tin của kế hoạch(X*X) là cực đại, nên các thông số đều tính với độ chính xác cao nhất và theo cả Nthực nghiệm

Kế hoạch có tính tâm xoay, ở tâm kế hoạch thông tin đặc nhất, càng xa tâmthông tin càng loãng, lượng thông tin tỷ lệ nghịch với bình phương bán kính, vì v ậychỉ cần lặp lại thí nghiệm ở tâm

 Kế hoạch bậc hai.

Khi mô hình tuyến tính không tương hợp và độ cong có nghĩa thì chứng tỏ vùngthực nghiệm đã ở vùng phi tuyến và ta phải dùng hàm phi tuyến để mô tả

Để xác định các thông số của mô hình phi tuyến ta phải sử dụng các kế hoạchphi tuyến Loại kế hoạch này chỉ có một trong ba ưu điểm trên: hoặc trực giao hoặctâm xoay hoặc tối ưu D.

Kế hoạch trực giao bậc hai của Box-Wilson được hình thành với nhân kế hoạch

là kế hoạch 2khoặc 2k-1có số thực nghiệm là:

N = 2k+ 2k +no (Khi nhân kế hoạch là 2k)

N = 2k-1+ 2k + no (Khi nhân kế hoạch là 2k-1)Trong đó số thực nghiệm ở cánh tay đòn sao  là 2k số thực nghiệm ở tâmthường là no= 1.Giá trị của cánh tay đòn sao xác định theo công thức:

x

x x

N

iii Xác định các giá trị tối ưu của hàm mục tiêu.

Các giá trị tối ưu của hàm mục tiêu được xác định nhờ các phương pháp tối ưuhoá thường dùng trong công nghệ hoá học, công nghệ vật liệu và môi trường nhưphương pháp tìm cực trị cổ điển, phương pháp quy hoạch hình học, quy hoạch tuyếntính hoặc phi tuyến

Phương pháp kế hoạch hoá thực nghiệm là phương pháp rất khoa học để tổchức, xử lý các thực nghiệm và các số liệu thực nghiệm Nó cho phép chúng ta làmmột số lượng thí nghiệm ít nhưng lại đạt được độ tin cậy cao và đưa ra được các kếtquả tối ưu nhất

PHẦN 2: THỰC NGHIỆM2.1 Điều kiện nghiên cứu

2.1.1 Nguyên liệu

Cỏ ngọt (Stevia rebaudiana (Bertoni) Hemsley) mua tại phố Lãn Ông, Quận Hoàn

Kiếm, Hà Nội Đánh giá cảm quan: lá khô giòn, màu xanh nhạt hơi vàng, mùi thơm,lẫn cành và cuống nhỏ Cỏ ngọt được nghiền nhỏ và bảo quản trong túi nilon

2.1.2 Hóa chất, chất chuẩn

- Stevioside chuẩn (>98%) của Mỹ

- Ethanol công nghiệp (65%)

- Dung dịch nước bão hòa Ca(OH)2, acid citric tinh thể

- Bột Al(NO)3, dung dịch H2SO4 (25%), dung dịch NaOH (30%), dung dịchHNO3(3%)

2.1.3 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

Thiết bị thí nghiệm:

- Máy cô quay chân không 40 l Büchi Rotavapor 176, Switzerland

- Cân phân tích OHAUS, Germany

- Máy ổn nhiệt HH-S2, China

- Máy khuấy Servodyne, Germany

- Máy khuấy siêu âm Power Sonic 410

- Bơm hút chân không MZ 2C NT, Germany

- Máy cất nước GFL, Germany

- Tủ sấy JSOF-100, China

- Tủ nung

- Tủ lạnh

- Máy HPLC SCL - 10A VP, Shimadzu, Japan

- Máy UV-1650 PC, Shimadzu, Japan

- Phân tích hàm lượng và hiệu suất tinh chế bằng phương pháp Sắc ký lỏng hiệu

năng cao (HPLC) với các điều kiện như sau:

Phân tích nồng độ chất màu bằng phương pháp đo độ hấp thụ quang sử dụng máy

UV – Vis quét dải sóng từ 270 - 700 nm Phương pháp phân tích đo quang là phươngpháp phân tích công cụ dựa trên việc đo những tín hiệu bức xạ điện từ và tương tác củabức xạ điện từ với chất nghiên cứu Phương pháp có ưu điểm là tiến hành nhanh, tiệnlợi, có độ nhạy cao, độ chính xác lên tới 10-6 mol/l Một trong những phương phápphân tích quang phổ thường xuyên được sử dụng đó là phương pháp phổ hấp thụ phân

tử Phương pháp này ứng dụng định luật Lambert - Beer

Định luật Lambert-beer: Khi chiếu một chùm bức xạ đơn sắc (cường độ bức xạ

ban đầu là Io) đi qua một lớp dung dịch có bề dày l và có nồng độ là C, thì sau khi điqua dung dịch cường độ bức xạ bị giảm đi (cường độ của bức đi ra khỏi dung dịch là I)

do quá trình hấp thụ, phản xạ, tán xạ… Độ hấp thụ quang của dung dịch tỷ lệ thuận với

C và l: