KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHIẾT TÁCH CURCUMINOID TỪ THÂN RỄ NGHỆ VÀNG CURCUMA LONGA L. S Ử DỤNG DUNG MÔI HYDROTROPE

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHIẾT TÁCH CURCUMINOID TỪ THÂN RỄ NGHỆ VÀNG CURCUMA LONGA L SỬ DỤNG DUNG MÔI HYDROTROPE Sinh viên thực : NGUYỄN THỊ KIM THOA Ngành : CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Niên khóa: 2004-2008 Tháng 10/2008 KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHIẾT TÁCH CURCUMINOID TỪ THÂN RỄ NGHỆ VÀNG CURCUMA LONGA L SỬ DỤNG DUNG MÔI HYDROTROPE Tác giả NGUYỄN THỊ KIM THOA Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu Cấp Kỹ sư ngành Cơng nghệ hóa học Giáo viên hướng dẫn Th.S NGUYỄN HỮU ANH TUẤN Tháng 10/2008 -i- LỜI CẢM ƠN “Khơng diễn tả lòng biết ơn tình thương yêu quan tâm mà ba mẹ Dì dành trọn cho Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Th.S Nguyễn Hữu Anh Tuấn tận tình dẫn ln theo sát, động viên em suốt thời gian thực khóa luận tốt nghiệp Gởi lời cảm ơn chân thành đến T.S Trần Thanh Lương, chị phòng Vật liệu thuộc Viện cơng nghệ hóa học thầy phòng thí nghiệm hóa Bộ mơn Cơng nghệ hóa học Trường Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh giúp đỡ ln tạo cảm giác thoải mái để em thực tốt đề tài Sẽ không quên thầy cô Bộ mơn Cơng nghệ hóa học, Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh truyền đạt kiến thức tạo điều kiện thuận lợi cho em trình thực đề tài Ln nhớ đến bạn lớp DH04HH, người bạn ln bên cạnh khó khăn đến với tơi.” TP Hồ Chí Minh, tháng 10/2008 Nguyễn Thị Kim Thoa - ii - TÓM TẮT Dưới hướng dẫn Th.S Nguyễn Hữu Anh Tuấn, đề tài nghiên cứu “Khảo sát trình chiết tách curcuminoid từ thân rễ nghệ vàng Curcuma longa L sử dụng dung môi hydrotrope” S.V Nguyễn Thị Kim Thoa thực từ tháng 2/2008 đến tháng 10/2008 phòng thí nghiệm I4 thuộc Bộ mơn Cơng Nghệ Hóa Học, Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Mục đích đề tài: − Đề xuất quy trình trích ly Curcumin từ củ nghệ vàng Curcuma longa L sử dụng dung mơi hydrotrope − Khảo sát điều kiện trích ly tối ưu Nâng cao độ tinh khiết sản phẩm Tiến trình thực 1./ Thực thí nghiệm khảo sát quy trình sử dụng dung mơi hydrotrope: Thí nghiệm 1: Trích ly sử dụng hệ thống Soxhlet Khảo sát thời gian trích ly 2, ,8 (Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi=10%, nồng độ dung dịch= 1M) Kết quả: thu dung dịch màu vàng suốt, thêm nước để hạ nồng độ dung dịch xuống điểm MHC = 0,65 mol/l, để lắng 10giờ, quan sát khơng thấy tạo kết tủa Thí nghiệm 2: Sử dụng phương pháp trích ly trực tiếp (dung mơi tiếp xúc trực tiếp với nguyên liệu) sử dụng sinh hàn hoàn lưu Khảo sát thời gian 2, 4, kể từ giọt nhỏ xuống bình cầu, (R/L = 10%; nồng độ dung dịch = M) Kết quả: Thu dung dịch màu vàng, sệt, thêm nước từ từ để hạ nồng độ dung dịch xuống điểm MHC, để lắng 10giờ Thấy dung dịch xuất kết tủa phần lơ lửng dung dịch Lọc lấy kết tủa máy lọc chân không Nhưng thời gian lọc lâu, không hiệu quả, kết thu lẫn nhiều tạp - iii - Thí nghiệm 3: Trích ly sử dụng bếp khuấy từ Thực nhiệt độ thường, tốc độ quay cá từ 500 vòng/phút, với thời gian trích ly khảo sát 2, 5, (R/L = 10%; nồng độ dung dịch = M) Kết quả: Thu dung dịch màu vàng, hạ nồng độ dung dịch sau trích xuống nồng độ MHC nước, sau để lắng thu kết tủa phương pháp ly tâm Curcumin thô thu xốp so với phương pháp trích ly sử dụng sinh hàn hồn lưu Chúng tơi chọn phương pháp trích ly sử dụng bếp khuấy từ để trích ly Thí nghiệm 4: Lựa chọn nguyên liệu cho q trình trích ly sử dụng dung mơi hydrotrope Thực q trình trích ly sử dụng bếp khuấy từ với hai nguyên liệu: bột nghệ chưa loại béo bột nghệ loại béo ether dầu hỏa có nhiệt độ sơi 30-60oC Bột nghệ chưa loại béo: tạo lớp nhựa bám vào đáy lọ dựng có chứa curcumin, khó tách nhựa curcumin dẫn đến hiệu suất trích ly giảm  chọn bột nghệ loại nhựa Qua kết thu thí nghiệm khảo sát, chúng tơi chọn tiến hành trích ly sử dụng bếp khuấy từ bột nghệ 2./ Thực khảo sát yếu tố ảnh hưởng: nồng độ, tỷ lệ nguyên liệu dung môi, thời gian trích ly Thí nghiệm 5: Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới hai đáp ứng hiệu suất trình độ tinh khiết sản phẩm Kết thu được: Các thơng số phù hợp để trích curcumin củ nghệ vàng sử dụng dung môi hydrotrope: thời gian trích 8h, nồng độ 2M, tỷ lệ nguyên liệu dung môi 5% Hiệu suất tối ưu q trình trích ly: 5,356% Độ tinh khiết cao 94,1% Thí nghiệm 6: Định tính định lượng sản phẩm - iv - MỤC LỤC Trang tựa i Lời cám ơn ii Tóm tắt iii Mục lục iv Danh mục phụ lục .vi Danh sách hình vii Danh sách bảng viii Danh sách từ viết tắt .ix Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nội dung đề tài 1.4 Yêu cầu Chương 2:TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Cây nghệ [1, 2, 3] 2.1.1 Tên gọi 2.1.2 Đặc điểm thực vật 2.1.3 Phân bố sinh thái 2.1.4 Trồng trọt, thu hoạch bảo quản 2.1.5 Thành phần hóa học .5 2.1.6 Công dụng củ nghệ 2.2 Tinh dầu: .8 2.2.1 Tính chất vật lý [1] 2.2.2 Thành phần hóa học tinh dầu [8] 2.2.3 Các phương pháp trích ly tinh dầu [9, 10] .9 2.3 Curcumin 2.3.1 Tên gọi thành phần hóa học curcumin [1, 2,3] 2.3.2 Tính chất vật lý [1] .10 2.3.3 Tính chất hóa học [8, 11, 12, 13, 14] 11 -v- 2.3.4 Hoạt tính sinh học Curcumin 13 2.3.5 Tác dụng dược lý curcumin 14 2.3.6 Phương pháp điều chế 18 2.3.7 Ứng dụng curcumin thực phẩm 22 2.4 Dung môi hydrotrope [22, 23, 24, 25,26, 27, 28] 23 2.4.1 Giới thiệu .23 2.4.2 Tính chất dung môi hydrotrope 24 2.4.3 Ưu điểm dung môi hydrotrope so với dung môi khác 25 Chương 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM .32 3.1 Thiết bị, hóa chất nguyên liệu 28 3.1.1 Nguyên liệu 28 3.1.2 Thiết bị .28 3.1.3 Hóa chất .29 3.2 Tiến trình thực nghiệm 29 3.3 Khảo sát nguyên liệu 30 3.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu 30 3.3.2 Khảo sát độ ẩm 30 3.3.3 Xác định hàm lượng curcumin bột nghệ 31 3.4 Trích ly sử dụng dung môi hydrotrope .31 3.4.1 3.5 Nhận danh định lượng curcumin 33 Các thí nghiệm sơ 35 3.5.1 Lựa chọn phương pháp trích ly 36 3.5.2 Lựa chọn ngun liệu q trình trích ly .36 3.6 Phương pháp thí nghiệm 36 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 4.1 Kết khảo sát nguyên liệu .39 4.1.1 Chuẩn bị nguyên liệu 39 4.1.2 Xác định độ ẩm 39 4.1.3 Xác định hàm lượng Curcumin bột nghệ .40 4.2 Kết khảo sát sơ .41 4.3 Kết khảo sát điều kiện trích ly .42 - vi - 4.3.1 Đánh giá ảnh hưởng yếu tố lên tiêu hiệu suất 45 4.3.2 Độ tinh khiết curcumin sản phẩm 48 4.3.3 Nhận xét chung 51 4.4 Nhận danh curcumin 52 4.4.1 Xác định điểm nóng chảy .52 4.4.2 Phương pháp sắc ký mỏng .53 4.5 Định lượng hàm lượng curcumin sản phẩm 54 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 61 5.1 Kết luận .61 5.2 Đề nghị 61 - vii - DANH SÁCH CÁC PHỤ LỤC Phụ lục 1: Độ ẩm nguyên liệu 65 Phụ lục 2: Phương pháp lập đường chuẩn 66 Phụ lục 3: Quy trình chiết tách curcumin sử dụng dung môi hydrotrope .67 Phụ lục 4: Hàm lượng curcumin sản phẩm 68 Phụ lục 5: Thông số điều chỉnh nồng độ dung dịch Na-Sal nghiệm thức 69 Phụ lục 6.: Kết thí nghiệm 70 Phụ lục 7: Xử lý số liệu dùng phần mềm JMP 4.0 71 - viii - DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1:Thành phần dinh dưỡng củ nghệ Bảng 2.2: Một số loại dung môi Hydrotrope 23 Bảng 2.3: Các tính chất Sodium Salicilat 24 Bảng 2.4: Nồng độ tối thiểu dung môi hydrotrope 25 Bảng 1: Kết xử lý nghệ tươi 39 Bảng 2: Độ ẩm nghệ tươi .39 Bảng 3: Độ ẩm nghệ khô 40 Bảng 5: Thông số điều chỉnh nồng độ hydrotrope nghiệm thức 43 Bảng 6: Kết thực nghiệm .44 Bảng 7: Bảng ước lượng tham số (Parameter Estimates) 46 Bảng 4.8: Bảng ước lượng tham số 49 Bảng 4.9: Bảng đánh giá tác động yếu tố lên độ tinh khiết curcumin .49 Bảng 10: Kết thực nghiệm nhiệt độ nóng chảy 53 Bảng 4: Độ hấp thu A dung dịch chuẩn 54 - ix - PHỤ LỤC 1: ĐỘ ẨM NGUYÊN LIỆU Mẫu tươi, khối lượng mẫu Dm= 10 (g), nhiệt độ: 103-104, Dt= 30 phút Bảng số liêu thô khối lượng t1 cốc (g) t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 m1 8.71 18.73 16.1 14.61 13.23 12.26 11.35 10.73 10.58 10.55 10.55 10.53 10.53 m2 8.39 18.4 15.84 14.27 12.93 12.17 11.46 10.71 10.43 10.32 10.29 10.27 10.27 m3 6.54 16.54 14.07 12.38 11.08 10.17 9.26 8.78 8.59 8.55 8.55 8.54 8.53 m4 10.24 20.26 18.14 16.57 15.26 14.46 13.53 12.71 12.33 12.2 12.18 12.17 12.17 khối lượng nghệ: t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 10.02 7.39 5.9 4.52 3.55 2.64 2.02 1.87 1.84 1.84 1.82 1.82 10.01 7.45 5.88 4.54 3.78 3.07 2.32 2.04 1.93 1.9 1.88 1.88 10 7.53 5.84 4.54 3.63 2.72 2.24 2.05 2.01 2.01 1.99 10.02 7.9 6.33 5.02 4.22 3.29 2.47 2.09 1.96 1.94 1.93 1.93 10.0125 7.5675 5.9875 4.655 3.795 2.93 2.2625 2.0125 1.935 1.9225 1.9075 1.905 Ẩm độ nghệ tươi: ẩm độ vật liệu=(m1-m2)/m1 = 80.97378277% Ẩm độ nguyên liệu nghệ khô: Nguyên liệu khô, m=1 (g), t= 30 (phút) bảng số liệu thô khối lượng cốc t1 t2 t3 t4 t5 t6 m1 8.71 9.72 9.68 9.67 9.66 9.66 9.66 m2 8.38 9.4 9.36 9.35 9.34 9.33 9.34 m3 6.52 7.53 7.4 7.29 7.29 7.28 7.28 m4 10.23 11.24 11.17 11.15 11.14 11.13 11.2 m4 9.81 10.81 10.74 10.74 10.71 10.71 10.71 t1 t2 t3 t4 t5 t6 m1 1.01 0.97 0.96 0.95 0.95 0.95 m2 1.02 0.98 0.97 0.96 0.95 0.96 m3 1.01 0.88 0.77 0.77 0.76 0.76 m4 1.01 0.94 0.92 0.91 0.9 0.97 m5 0.93 0.93 0.9 0.9 0.9 trung bình 1.0125 0.9425 0.905 0.8975 0.89 0.91 thời gian 18 43 73 103 133 khối lương nguyên liệu Ẩm độ nghệ khô = 10.11345679 % - 65 - PHỤ LỤC 2: PHƯƠNG PHÁP LẬP ĐƯỜNG CHUẨN phương pháp lập đường chuẩn độ hấp Cn thu A 0.6 0.273 0.8 0.411 0.506 1.2 0.695 1.4 0.789 Độ hấp thu chuẩn A 0.9 y = 0.658x - 0.1232 0.8 R2 = 0.9898 0.7 độ hấp thu A 0.6 0.5 0.4 Linear (độ hấp thu A) 0.3 0.2 0.1 0 0.5 - 66 - 1.5 PHỤ LỤC 3: QUY TRÌNH CHIẾT TÁCH CURCUMIN SỬ DỤNG DUNG MÔI HYDROTROPE Bột nghệ  Trích Na-Sal  Lọc bã Dịch Na-Sal Pha lỗng với V(ml) nước Dịch Na-Sal loãng  Lắng 12  Ly tâm Curcumin thơ Dịch lỗng  Hòa tan ethanol nóng  Kết tinh Curcumin Hình 3.1: Quy trình trích ly curcumin sử dụng dung mơi hydrotrope - 67 - PHỤ LỤC 4: HÀM LƯỢNG CURCUMIN TRONG SẢN PHẨM Khối STT Nghiệm thức Thời Nồng gian độ (giờ) (M) Ng.liệu/d.môi (g/ml) Khối lượng curcumin sản phẩm Độ hấp thụ Độ tinh lượng khiết curcumin (%) tinh (g) (g) ++- 0,27 0,495 94 0,137 + 15 0,19 0,475 90,97 0,365 000 1,5 10 0,21 0,490 93,18 0,348 +++ 15 0,21 0,493 93,65 0,1 000 1,5 10 0,22 0,489 92,99 0,236 + 15 0,20 0,478 91,4 0,238 -++ 2 15 0,20 0,485 92,4 0,365 +-+ 15 0,21 0,487 92,76 0,165 -+- 2 0,18 0,487 92,67 0,348 10 -++ 2 15 0,21 0,486 92,51 0,238 11 +++ 15 0,20 0,491 92,84 0,138 12 +-+ 15 0,20 0,485 93,1 0,138 13 000 1,5 10 0,23 0,489 93,16 0,137 14 - 0,18 0,478 91,3 0,292 15 -++ 2 15 0,22 0,484 92,29 0,365 16 -+- 2 0,20 0,486 92,58 0,082 17 + 0,23 0,490 93,2 0,348 18 - 0,21 0,475 90,87 0,10 19 ++- 0,26 0,496 93,85 0,137 20 ++- 0,28 0,494 94,15 0,165 21 +++ 15 0,22 0,488 93,41 0,238 22 - 0,15 0,480 91,73 0,10 23 + 0,20 0,486 92,64 0,365 24 000 1,5 10 0,22 0,490 93,04 0,165 25 -+- 2 0,16 0,487 92,76 0,082 26 +-+ 15 0,22 0,489 92,58 0,292 27 000 1,5 10 0,23 0,490 93,12 237,6 28 + 15 0,21 0,473 90,54 0,238 29 + 0,27 0,494 93,76 0,138 30 000 1,5 10 0,20 0,489 93,07 0,238 - 68 - PHỤ LỤC 5: THÔNG SỐ SỬ DỤNG TRONG ĐIỀU CHỈNH NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH Na-Sal TRONG CÁC NGHIỆM THỨC Lượng Khối lượng Lượng nước V1 Na-Sal nước V2 (ml) (g) (ml) 100 16 53,85 153,85 30,77 1,5 100 24 130,77 230,77 46,15 100 32 207,69 307,69 61,54 50 26,92 76,92 15,38 1,5 50 12 65,38 115,38 23,08 50 16 103,85 153,85 30,77 33,33 5,33 17,95 51,28 10,26 1,5 33,33 8,00 43,59 76,92 15,38 33,33 10,67 69,22 102,55 20,51 Ngliệu/dmôi Nồng độ (g/ml) (M) 10 15 V1+V2 (ml) V1: Thể tích dung mơi hòa tan Na-Sal nước V2: Thể tích nước thêm vào dịch trích để hạ nồng độ dung dịch xuống điểm MHC - 69 - Nước thêm 20% PHỤ LỤC 6.: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Độ tinh Nghiệm Thời gian Nồng độ Ng.liệu/Dmôi Hiệu suất thức (giờ) (M) (g/ml) (%) ++- 5,44 94 + 15 3,81 90,97 000 1,5 10 4,21 93,18 +++ 15 4,16 93,65 000 1,5 10 4,31 92,99 + 15 3,91 91,4 -++ 2 15 4,07 92,4 +-+ 15 4,14 92,76 -+- 2 3,67 92,67 10 -++ 2 15 4,5 92,51 11 +++ 15 4,02 92,84 12 +-+ 15 4,07 93,1 13 000 1,5 10 4,69 93,16 14 - 3,6 91,3 15 -++ 2 15 4,12 92,29 16 -+- 2 3,51 92,58 17 + 4,35 93,2 18 - 3,44 90,87 19 ++- 5,29 93,85 20 ++- 5,67 94,15 21 +++ 15 4,4 93,41 22 - 3,82 91,73 23 + 4,54 92,64 24 000 1,5 10 4,43 93,04 25 -+- 2 3,86 92,76 26 +-+ 15 4,45 92,58 27 000 1,5 10 4,51 93,12 28 + 15 4,29 90,54 29 + 4,92 93,76 30 000 1,5 10 3,99 93,07 STT - 70 - khiết (%) PHỤ LỤC 7: XỬ LÝ SỐ LIỆU DÙNG PHẦN MỀM JMP 4.0 PHỤ LỤC 1: ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA HIỆU SUẤT Actual by Predicted Plot hiieu suat Actual 5.14286 4.28571 3.42857 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 hiieu suat Predicted P F C Total 29 8.2978300 Source DF Sum of Squares Mean Square F Ratio Lack Of Fit 0.4712050 0.235603 4.6300 Pure Error 21 1.0686000 0.050886 Prob > F Total Error 23 1.5398050 |t| 4.273 0.04724 90.45