Tổng hợp Rhodoxanthin từ Zeaxanthin trong hạt ngô vàng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HÓA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tổng hợp Rhodoxanthin từ Zeaxanthin hạt ngô vàng Họ tên sinh viên : BÙI VĂN ĐỒN Ngành : CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Niên khóa : 2007 – 2011 Tháng 08 năm 2011 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin tỏ lòng biết ơn ba mẹ sinh ra, nuôi nấng dạy dỗ thành người Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt thầy Bộ mơn Cơng Nghệ Hóa Học hết lòng giảng dạy, truyền đạt kiến thức để em hồn thành khóa học Xin gửi đến thầy Tống Thanh Danh cô Nguyễn Thị Lý lời biết ơn sâu sắc nhất, thầy hết lòng bảo cho em nhiều kiến thức để em hồn thành luận văn nhiều kiến thức sống Cảm ơn anh chị bạn phòng thí nghiệm hữu giúp đỡ em nhiều trình làm luận văn Cảm ơn thầy cô bạn môn Kỹ thuật hữu nhiêt tình hỗ trợ, tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn người bạn lớp DH07HH Cảm ơn bạn tơi chia sẻ vui buồn, khó khăn bốn năm qua thời gian thực luận văn Xin gửi đến tất lời chúc sức khoẻ thành công trong sống! Bùi Văn Đồn i TĨM TẮT Đề tài “Tổng hợp Rhodoxanthin từ Zeaxanthin hạt ngô vàng”, đề tài thực phòng thí nghiệm 209B2 Bộ mơn Kỹ thuật hưu cơ, khoa cơng nghệ hóa học, trường đại học Bách Khoa TPHCM Đề tài thực từ tháng 3/2011 dến tháng 8/2011 Ngô lai sử dụng để bố trí thí nghiệm giống ngơ lai mua tỉnh Gia Lai Nội dung đề tài bao bồm: • Nghiên cứu tách chiết Zeaxanthin từ hạt ngơ lai (ngơ vàng) • Tổng hợp Rhodoxanthin từ Zeaxanthin thu • Tổng hợp kết quả, viết báo cáo hồn thành nghiên cứu Kết thu sau tháng thực đề tài: • Tách chiết thành cơng Zeaxanthin từ hạt ngơ vàng • Tổng hợp Rhodoxanthin từ Zeaxanthin khơng thành cơng với tác nhân oxy hòa như: KMnO , CrO H SO … ii ABSTRACT Project "Synthesis of Zeaxanthin Rhodoxanthin in yellow corn," the subject made in the laboratory 209B2 organic Engineering Department, Faculty of Chemical Technology, Polytechnic University of HCM City Topics to be implemented from 3/2011 to 8/ 2011 Hybrids are used to arrange the experiment is hybrid purchased in the province of Gia Lai Content topics include pump: • Research Zeaxanthin extracted from the seeds of maize (yellow corn) • Synthesis of Zeaxanthin Rhodoxanthin obtained • Synthesis of results, reporting completion of studies The result after five months of the project: • Zeaxanthin successful extraction from yellow corn • Synthesis of Zeaxanthin Rhodoxanthin failed with oxidizing agents such as KmnO , CrO in H SO iii MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN i TÓM TẮT ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ix DANH SÁCH CÁC BẢNG xi DANH SÁCH CÁC SƠ ĐỒ xii Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGÔ 1.1 Giới thiệu chung ngô 1.1.1 Tầm quan trọng kinh tế xã hội 1.1.2 Phân loại .2 1.1.2 Phân bố 1.2 Hạt ngô 1.2.1 Cấu tạo hạt ngô 1.2.2 Thành phần hóa học hạt ngơ 1.2.2.1 Nước 1.2.2.2 Protein 1.2.2.3 Lipid 1.2.2.4 Khoáng chất .7 1.2.2.5 Cellulose 1.2.2.6 Tinh bột 1.2.2.7 Vitamine 1.2.2.8 Enzyme hạt ngô iv 1.2.3 Dầu béo 10 1.3 Một số nghiên cứu giá trị dinh dương ngô 12 1.3.1 Hạt ngô 12 1.3.2 Các phận khác 13 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CAROTENOIDS VÀ THÀNH PHẦN CAROTENOID TRONG HẠT NGÔ VÀNG 14 2.1 CAROTENOID .14 2.1.1 Khái niệm Carotenoid 14 2.1.2 Cấu tạo tính chất vật lí Carotenoid 14 2.1.3 Phân loại .15 2.1.4 Vai trò Carotenoid 18 2.2 Carotenoid hạt ngô vàng 20 2.2.1 β-carotene (β,β-carotene) 20 2.2.2 Zeaxanthin .22 2.2.2.1 Giới thiệu Zeaxanthin 22 2.2.2.2 Các phương pháp tổng hợp Zeaxanthin 24 2.3 Tách chiết hợp chất Carotenoid .25 Chương 3: QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM – DỤNG CỤ - HÓA CHẤT SỬ DỤNG 26 3.1 Quy trình thực nghiệm 26 3.1.1 Quy trình tách carotenoid 26 3.1.2 Điều chế dẫn xuất Zeaxanthin 29 3.2 Dụng cụ thí nghiệm .31 v 3.3 Hóa chất sử dụng 32 Chương 4: THỰC NGHIỆM .33 4.1 Chuẩn bị nguyên liệu đánh giá nguyên liệu 33 4.1.1 Chuẩn bị nguyên liệu ………………………………………………………….33 4.1.1.1 Nguyên liệu không qua nảy mầm .33 4.1.1.2 Nguyên liệu qua nảy mầm .35 4.1.2 Đánh giá nguyên liệu 37 4.1.2.1 Xác định độ ẩm nguyên liệu 37 4.1.2.2 Phân tích sơ hóa thực vật 38 4.2 Phân lập Carotenoid .44 4.2.1 Sắc ký cột 44 4.2.2 Sắc ký bảng mỏng .45 4.3 Nhận danh sản phẩm 45 Chương 5: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 46 5.1 Chuẩn bị nguyên liệu đánh giá nguyên liệu 46 5.1.1 Xác định tiêu lý hóa 46 5.1.2 Phân tích sơ hóa thực vật .47 5.2 Phân lập Carotenoid .48 5.2.1 Sắc ký cột 48 5.2.2 Sắc ký bảng mỏng .50 5.3 Nhận danh sản phẩm 53 5.3.1 Dùng máy UV/VIS Spectrometter Jenway 6505 53 5.3.2 Dùng máy đo nhiệt độ nóng chảy Electrothermal 9100 .58 vi 5.3.3 Phân tích phổ hồng ngoại 59 5.4 Hiệu suất Zeaxanthin thu 62 5.5 Phản ứng tổng hợp Rhodoxanthin 63 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT UV/VIS Ultraviolet – visible spectroscopy CTPT Công thức phân tử KLPT Khối lượng phân tử EA Ethyl Acetat CC Sắc ký cột TLC Sắc ký bảng mỏng PĐ Phân đoạn IR Infrared Spectrocopy (Quang phổ hồng ngoại) Sắc ký lớp mỏng SKLM viii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Cây ngơ cho trái Hình 1.2: Trái ngơ thu hoạch Hình 1.3: Trái ngơ non Hình 1.4: Trái ngơ Hình 1.5: Hạt ngơ Hình 1.6: Cấu tạo hạt ngơ Hình 1.7: Cấu tạo hạt ngơ Hình 2.1: Các rau có chứa Carotenoid Hình 2.2: Các hợp chất caroten Hình 3.2.1: Máy đo độ ẩm Hình 3.2.2: Máy quay chân khơng Hình 4.1: Hạt ngơ Hình 4.2: Hạt ngơ xay nhuyễn Hình 4.3: Hạt Ngơ cho nảy mầm Hình 4.4: Hạt ngơ lặt bỏ mầm Hình 5.1: Cột phân lập sản phẩm Hình 5.2: Cao EA để đưa lên cột Hình 5.3: Bản mỏng silica Hình 5.4: Phổ hấp thu phân đoạn II Hình 5.5: Mẫu khác đo Cloroform Hình 5.6: Phổ UV/VIS PĐ II dung mơi khác Hình 5.7: Phổ UV / VIS cao cồn dung mơi EA Hình 5.8: Phổ UV/VIS chuẩn Zeaxanthin methanol ix TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM Hình 5.5: Mẫu khác đo Cloroform LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Trang 54 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HCM Hình 5.6 Phổ UV/VIS PĐ II dung môi khác LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Trang 55 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HCM Hình 5.7: Phổ UV / VIS cao cồn dung môi EA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Trang 56 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM Hình 5.8: Phổ UV/VIS chuẩn Zeaxanthin methanol Bảng 5.3.1: Giá trị λ max PĐ II dung môi khác Dung môi λ max mẫu λ max Zeaxanthin Ether dầu hỏa 420-446-474 423-452-480 Ethanol 423-459-478 423-451-483 Metanol 422-448-476 422-450-481 Aceton 422-450-476 430-452-479 Cloroform 432-460-488 429-462-495 Nhận xét: Dựa vào bảng kết xác định điểm cực đại, phổ hấp thu đo mẫu phân đoạn II ta nhận thấy điển cực đại phổ hấp thu trùng khớp LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Trang 57 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM điểm cực đại Zeaxanthin [14] sơ nhận định sản phẩm PĐ II Zeaxanthin 5.3.2 Dùng máy đo nhiệt độ nóng chảy Electrothermal 9100: Sản phẩm PĐ II cho kết tinh để tủ hút ẩm, sau cho vài tinh thể sản phẩm PĐ II vào ống mao quản bịt kín đầu Sau cho phần có chứa tinh thể PĐII vào máy Electrothermal 9100 để đo, ta theo dõi tinh thể bắt đầu tan chảy ghi nhận nhiệt độ lúc Bảng 5.3.2 Nhiệt độ nóng chảy PĐ II Mẫu Nhiệt độ nóng chảy PĐII Nhiệt độ nóng chảy (0C) Zeaxanthin (0C) [14] Mẫu 197-198 Mẫu 187-188 Mẫu 200-201 205-206 Nhận xét: Kết thu sau đo nhiệt độ nóng chảy gần khớp với nhiệt độ nóng chảy Zeaxanthin, nhiệt độ nóng chảy sản phẩm PĐII chênh lệch không nhiều so với nhiệt độ nóng chảy Zeaxanthin [14], điều giải thích điều kiện thí nghiêm khác nhau, sai số thiết bị, sản phẩm PĐ II lẫn tạp chất, bị hút ẩm… LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Trang 58 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HCM Hình 5.9: Máy đo nhiệt độ nóng chảy Electrothermal 9100: 5.3.3 Phân tích phổ hồng ngoại: PĐ II đem phân tích phổ hồng ngoại viện Cơng Nghệ Hóa Học cho mũi hấp thu phù hợp với cấu trúc Zeaxanthin chuẩn LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Trang 59 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Trang 60 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM PĐ II Zeaxanthin thu PĐ II bắt đầu kết tinh PĐ II kết tinh dạng tinh thể màu vàng Hình 5.10: Sản phẩm PĐ II thu Kết luận: Qua kết phân tích thu kết luận PĐ II Zeaxanthin LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Trang 61 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM 5.4 HIỆU SUẤT: ZEAXANTHIN THU ĐƯỢC:  Đối với Ngô hạt chưa qua nảy mầm: Bảng 5.4.1: Hiệu suất Zeaxanthin thu (hạt chưa nảy mầm) Mẫu Khối lượng Ngô (g) Khối lượng Zeaxanthin (mg) Hiệu suất (%) M1 M2 M3 M4 M5 250 250 250 250 250 125 136 132 141 129 0.05 0.0544 0,0528 0,0564 0,0516 Hiệu suất TB (%) 0,053  Đối với hạt ngô qua nảy mầm: Bảng 5.4.2: Hiệu suất Zeaxanthin thu (hạt qua nảy mầm) Mẫu M1 M2 M3 Khối lượng Ngô (g) 250 250 250 Khối lượng Zeaxanthin (mg) 41 45 47 Hiệu suất (%) 0,0164 0,018 0,0188 Hiệu suất TB (%) LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 0,01773 Trang 62 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM 5.5 PHẢN ỨNG TỔNG HỢP RHODOXANTHIN: PĐ II sau kết tinh, hòa tan với dung mơi diclometan, cho tác nhân oxy hóa vào, theo dõi phản ứng xãy SKLM với hệ dung môi EA:Hexan (1:5) Thời gian phản ứng 8h, với tác nhân oxy hóa:  Dung dịch KMnO 10%  K Cr O  CrO H SO đđ dung dịch Jone  K Cr O H SO Kết quả: Tổng hợp không thành cơng với tác nhân oxy hóa Sản phẩm thu bị màu Hình 5.11 Phản ứng oxy hóa LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Trang 63 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HCM Hình 5.12: Màu dung dịch trước phản ứng LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Trang 64 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ  Kết luận Đã thu Zeaxanthin từ hạt ngô vàng Từ hạt ngô khô thu hiệu suất 0.053%, từ hạt ngô cho nảy mầm thu hiệu suất 0,01773 % Các phương pháp oxy hóa Zeaxanthin với tác nhân oxy hóa KMnO 4, CrO H SO ….theo dõi kết mỏng silica khơng thấy xuất vệt  Kiến nghị Sau chiết hết màu vàng hạt ngơ lại lượng tinh bột lớn, cần tận thu lượng tinh bột sau chiết Hàm lượng dầu béo hạt ngơ vàng nhiều, cần định tính định lượng dầu béo có hạt ngơ Với kết trên, hy vọng góp phần mang lại giá trị sử dụng cho hạt ngô vàng mở hướng nghiên cứu cho hạt ngô Do thời gian, điều kiện thực kiến thức có hạn, luận văn khơng tránh khỏi sai sót nhầm lẫn Rất mong nhận đóng góp ý kiến quý Thầy Cô bạn bè LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Trang 65 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM PHỤ LỤC • Phổ IR Zeaxanthin chuẩn LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Trang 66 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] The Scholastic Book of Lists [2] Genetically modified plants: Global Cultivation Area Maize GMO Compass, March 29, 2010, retrieved August 10, 2010 [3] Beery, K E., and Ladisch, M A (2001) Chemistry and properties of starch based desiccants Enzyme and Microbial Technology, 28(7-8), 573-581 [4] May, J B (1987) Wet Milling: Process and Products In S A Watson, and Ramstad, Paul E (Ed.), Corn: Chemistry and Technology (pp 377-397) St Paul, MN: American Association of Cereal Chemists [5] Nancy A Moran; Tyler Jarvik (2010) "Lateral Transfer of Genes from Fungi Underlies Carotenoid Production in Aphids" Science 328 (5978): 624–627 Bibcode 2010Sci 328 624M doi:10.1126/science.1187113 PMID 20431015 edit [6] Armstrong GA, Hearst JE (1996) "Carotenoids 2: Genetics and molecular biology of carotenoid pigment biosynthesis" Faseb J 10 (2): 228–37 PMID 8641556 [7] Susan D Van Arnum (1998) Vitamin A in Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology New York: John Wiley pp 99–107 doi:10.1002/0471238961.2209200101181421.a01 [8] Mercadante, A.Z., Steck, A., Pfander, H (1999) "Carotenoids from Guava (Psidium guajava L.): Isolation and Structure Elucidation" J Agric Food Chem 47 (1): 145–151 doi:10.1021/jf980405r PMID 10563863 [9] Krishnadev N, Meleth AD, Chew EY (May 2010) "Nutritional supplements for agerelated macular degeneration" Current Opinion in Ophthalmology 21 (3): 184–9 doi:10.1097/ICU.0b013e32833866ee PMC 2909501 PMID 20216418 [10] SanGiovanni JP, Chew EY, Clemons TE, et al (September 2007) "The relationship of dietary carotenoid and vitamin A, E, and C intake with age-related macular degeneration in a case-control study: AREDS Report No 22" Archives of Ophthalmology 125 (9): 1225–32 doi:10.1001/archopht.125.9.1225 PMID 17846363 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Trang 67 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM [11] US FDA, Qualified Health Claims: Letter of Denial - Xangold Lutein Esters, Lutein, or Zeaxanthin and Reduced Risk of Age-related Macular Degeneration or Cataract Formation (Docket No 2004Q-0180) [12] Từ Văn Mặc, Phân tích hố lý- Phương pháp phổ nghiệm nghiên cứu cấu trúc phân tử, 2003 [13 ] TAKASHI MAOKA, AKIHIRO ARAI, MINORU SHIMIZU and TAKAO MATSUNO “ THE FIRST ISOLATION OF ENANTIOMERIC AND MESO-ZEAXANTHIN IN NATURE ” [14] Comeittee On Biological Chemistry, Division of Chemistry and Chemical Technology, National Academy of Scicences, National Research council “ Specifications and criteria for biochemical conpounds second edition” :196-197 [15] G Briton, I Hendry, Nature food Colorants,1992 [16] Stanley A Watson, Paul E Ramstad, Corn: Chemistry and technology, USA [17] Phạm Đức Thái, Nguyễn Hữu Dũng, Ngô - Bảo quản chế biến, Tòa soạn bào lương thực thực phẩm,1977 [18] Tạp chí thuốc sức khỏe, số 88, 15/3/1997 [19] Tạp chí khoa học cơng nghệ, số 7, 12/2/1997 [20] Tạp chí khoa học công nghệ, số 9, 03/08/2000 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Trang 68 ... Tổng hợp Rhodoxanthin từ Zeaxanthin thu • Tổng hợp kết quả, viết báo cáo hồn thành nghiên cứu Kết thu sau tháng thực đề tài: • Tách chiết thành cơng Zeaxanthin từ hạt ngơ vàng • Tổng hợp Rhodoxanthin. .. người ta chia ngô thành loại như: ngô ngựa, ngô đá, ngô nếp, ngô đường, ngô bột,… (hiện cách phân loại chưa thống nhà khoa học giới) Màu sắc hạt ngô đa dạng, tuỳ theo giống ngô: trắng, vàng, cam,... Bộ 1.2 HẠT NGƠ [3,4]: 1.2.1 Cấu tạo hạt ngơ Hạt ngơ thuộc loại dĩnh gồm phận chính: vỏ hạt, lớp aleurone, phơi, phơi nhũ mũ hạt, phía hạt có gốc hạt gắn liền hạt với lõi ngơ Hạt ngơ loại hạt kép