TRÍCH LY VÀ TINH CHẾ DẦU TỪ TẢO CHLORELLA VULGARIS

Thực hiện thí nghiệm chiết Soxhlet bằng dung môi hexane để xác định hàm lượng dầu tối đa thu được trong tảo nguyên liệu, dùng làm chuẩn để so sánh với các phương pháp chiết khác.. Khảo s

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TRÍCH LY VÀ TINH CHẾ DẦU TỪ TẢO

CHLORELLA VULGARIS

GVHD: PGS.TS TRƯƠNG VĨNH Sinh viên: Đặng Cao Sương Nguyễn Thị Kim Loan Niên khóa: 2009- 2013

Tháng 8/2013

TRÍCH LY VÀ TINH CHẾ DẦU TỪ TẢO

Giáo viên hưỡng dẫn PGS.TS TRƯƠNG VĨNH

THÁNG 8/2013

Tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô Trường Đại học Nông Lâm TPHCM, cùng toàn thể quý thầy cô trong Bộ môn Công nghệ hóa học đã tận tình chỉ dạy cho tôi trong suốt quá trình học tập, đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức cơ bản về lĩnh vực công nghệ Công nghệ Hóa học

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các bạn, các anh chị cùng thực hiện luận văn tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Công Nghệ Hóa Học, cùng toàn thể các bạn sinh viên lớp DH09HH, trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM đã hỗ trợ tôi hoàn thành tốt luận văn

Do thời gian thực hiện luận văn có hạn và kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong được sự thông cảm, giúp đỡ và góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn

Cuối cùng tôi xin gởi lời chúc sức khỏe đến quý thầy cô và toàn thể các anh chị cùng các bạn Chúc quý thầy cô và các anh chị, các bạn luôn thành công trong công việc

Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2013

Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Kim Loan – Đặng Cao Sương

TÓM TẮT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Kim Loan – Đặng Cao Sương, đề tài

được báo cáo vào tháng 9 năm 2013, tên đề tài “ Trích ly và tinh chế dầu từ

tảo Chlorella Vulgaris” Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trương Vĩnh

Đề tài được thực hiện từ tháng 3/ 2013 đến tháng 8/ 2013 tại phòng thí nghiệm I4 và I5- Bộ môn Công nghệ hóa học – Trường Đại học Nông Lâm Tp.Hồ Chí Minh

Nguồn nguyên liệu tảo Chlorella Vulgaris được cung cấp bởi Bộ môn

Công nghệ hóa học trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh

Nội dung khóa luận và kết quả thu được:

a Thực hiện thí nghiệm chiết Soxhlet bằng dung môi hexane để xác định hàm lượng dầu tối đa thu được trong tảo nguyên liệu, dùng làm chuẩn để so sánh với các phương pháp chiết khác

b Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất của quá trình trích ly dầu tảo bằng phương pháp ngâm dầm với dung môi ethanol

c Khảo sát sự ảnh hưởng của khoảng cách thời gian lắc và phương pháp loại bỏ

bã tảo tới hiệu suất ngâm dầm

d Khảo sát ảnh hưởng của việc thay lượt dung môi mới tới hiệu suất ngâm dầm bằng dung môi hexane

e Thí nghiệm nghiên cứu động lực học và phương pháp thu hồi cột silicagel

f Thí nghiệm nghiên cứu giản đồ pha dầu tảo trong hệ dung môi chlorofom - methanol - nước

Kết quả thu được như sau:

1 Thí nghiệm ngâm dầm ethanol

Tỷ lệ dầu thô: ethanol có ảnh hưởng đến quá trình trích ly dầu thô, kết quả cho thấy nhiệt độ 700C cho kết quả tốt

Tỉ lệ dầu tinh: kết quả cho thấy ở các nhiêt độ khác nhau hàm lượng dầu tinh cho kết quả tương đương nhau

Khi so sánh với phương pháp Soxhlet, ta thấy hiệu suất chiết ngâm dầm ethanol

Khi chiết bằng phương pháp ngâm dầm thì tăng khoảng cách thời gian khuấy

và loại bã bằng phương pháp ly tâm sẽ cho hàm lượng dầu tối ưu nhất

3 Kết quả thu được khi thực hiện thí nghiệm chiết ngâm dầm bằng hexane

Tỉ lệ dầu thô : kết quả cho thấy ở thí nghiệm thay lượt dung môi và không thay lượt dung môi hàm lượng dầu thô cho kết quả tương đương nhau

Tỉ lệ dầu tinh: đối với thí nghiệm thay lượt dung môi hàm lượng dầu tinh thu được cao hơn

Khi so sánh với soxhlet thì ta thấy hiệu suất ngâm dầm bằng hexane là không cao

4 Kết quả phương pháp thu hồi cột

Sử dụng cột thu hồi để chạy sắc ký cột không ảnh hưởng đến hàm lượng dầu trong quá trình chạy cột

5 Kết quả thí nghiệm nghiên cứu giản đồ pha

Xác định được giản đồ pha dầu tảo, xác định được khu vực để chiết ướt bằng hệ dung môi chloroform-methanol-nước

ABSTRACT

The thesis entitled “Extraction and refining of oil from algae

Chlorella” was carried out by Nguyen Thi Kim Loan and Dang Cao Suong

Supervisor: Associate Prof Dr Truong Vinh

Our project carried out from March to August 2013, at the laboratory of the Chemical Engineering Department – Nong Lam University, Ho Chi Minh City

Original Chlorella algae is provided by Chemical Engineering Department – Nong Lam University Ho Chi Minh city

Contents of the project:

a Conducting the experiments with Soxhlet extraction by Hexane solvent to determine the maximum oil of algae in the raw materials, which was used as the control for comparison with other extraction methods

b Surveying the effects of temperature on algal oil extraction process using ethanol immersion method

c Investigated the effect of stirring time gap and algae residue removal method to immersion extraction process

d Survey of turn affects solvent extraction process to soak beams with hexane

e Study methods recovered silica gel column

f Study the phase diagram of algae oil solvent chloroform-methanol-water

Results obtained:

1 Experiments pickled ethanol:

The rate of crude oil: ethanol affects crude oil extraction process, the results showed that 70oC temperature for best results

Refined oil rate: the results showed that in different temperatures for refined oil content similar results

When compared with the Soxhlet method, we see performance immersion beam ethanol extraction is not high

2 Experimental results compare the time interval stirring and compare the types

of residue after soaking

When comparing bargain shaking time we see more and more time shaking the oil content is higher revenue

When the residue of the centrifugal method avoids the loss of oil residue, the higher the oil content

When the beam extraction method is immersion up time of residue by shaking and centrifugation method gives optimum oil content

3 The results obtained when performing experiments using hexane extraction pickled

Crude rate: Results showed that in experiments instead turn solvents and solvent content instead turn crude oil equivalent results

Refined oil rate: laboratory instead turn to solvent refined oil content is higher revenue

When compared with Soxhlet, we see the performance immersion in hexane is not high beams

4 Results column recovery methods

Use the recovery column to column chromatography did not affect the oil content

in the run column

5 Experimental results phase diagram study

Identifying algae oil phase diagram, identify areas for wet extraction by solvent chloroform-methanol-water

MỤC LỤC

 

LỜI CẢM ƠN iii 

TÓM TẮT iv 

ABSTRACT vi 

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xii 

DANH MỤC CÁC BẢNG xiii 

DANH MỤC CÁC HÌNH xv 

CHƯƠNG 1:  MỞ ĐẦU 1 

1.1  Đặt vấn đề 1 

1.2  Mục đích đề tài 1 

1.3  Nội dung đề tài 2 

1.4  Yêu cầu 2 

CHƯƠNG 2:  TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 

2.1  Giới thiệu về tảo Chlorella 3 

2.1.1  Hình thái và đặc điểm sinh học 3 

2.1.2  Thành phần hóa học 4 

2.2  Tổng quan về dầu tảo 6 

2.3  Tổng quan về dung môi 7 

2.3.1  Một số tính chất chất của dung môi 8 

2.3.2  Một số yêu cầu khi lựa chọn dung môi hữu cơ 11 

2.3.3  Các dung môi sử dụng 11 

2.4  Phương pháp trích ly 14 

2.4.1  Ý nghĩa của phương pháp 14 

2.4.2  Cơ chế của quá trình trích ly 14 

2.4.3  Động học của quá trình trích ly 15 

2.4.4  Cơ sở lý thuyết của quá trình trích ly 15 

2.4.5  Các nhân tố ảnh hưởng đến vận tốc và độ kiệt dầu khi trích ly 16 

2.4.6  Một số phương phương pháp trích ly 17 

2.5  Tổng quan sắc ký cột, sắc ký bản mỏng 21 

2.5.1  Lịch sử phương pháp sắc ký [9] 21 

2.5.2  Phân loại các phương pháp sắc ký 22 

2.5.3  Sắc ký cột 23 

2.5.4  Sắc ký bản mỏng 25 

CHƯƠNG 3:  VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 28 

3.1  Thời gian và địa điểm nghiên cứu 28 

3.1.1  Thời gian 28 

3.1.2  Địa điểm 28 

3.2  Vật liệu nghiên cứu 28 

3.2.1  Nguyên liệu 28 

3.2.2  Hóa chất 28 

3.2.3  Máy và thiết bị 28 

3.3  Các phương pháp nghiên cứu 29 

3.3.1  Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hiệu suất trích ly dầu tảo bằng phương pháp ngâm dầm với dung môi ethanol 29 

3.3.2  Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách thời gian lắc và phương pháp loại bã tảo (phương pháp lọc và ly tâm) đến hiệu suất trích ly dầu từ tảo bằng phương pháp ngâm giầm với dung môi hexan 31 

3.3.3  Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của lượt dung môi mới tới hiệu suất ngâm dầm bằng hexan 33 

Nghiệm thức 1: Mẫu đối chứng không thay lượt dung môi mới 35 

3.3.4  Thí nghiệm 4: Nghiên cứu phương pháp thu hồi silicagel và động lực học trong sắc ký cột tinh chế dầu tảo 35 

3.3.5  Thí nghiêm 5: Nghiên cứu giản đồ pha hệ chlorofom-methanol-nước của dầu tảo 36 

CHƯƠNG 4:  KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ NHẬN XÉT 39 

4.1  Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hiệu suất trích ly dầu tảo bằng phương pháp ngâm dầm với dung môi ethanol 39 

4.2  Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách thời gian lắc và phương pháp loại bã tảo (phương pháp lọc và ly tâm) đế hiệu suất trích ly dầu

từ tảo bằng phương pháp ngâm giầm với dung môi hexan 42 

4.2.1  Kết quả thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của khoảng cách thời gian lắc đến hàm lượng dầu thu được 42 

4.2.2  Kết quả thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của phương pháp loại bỏ bã tảo ( phương pháp lọc , phương pháp ly tâm) đến hàm lượng dầu thu được 44 

4.2.3  So sánh giữa phương pháp ngâm dầm hexan với soxhlet 45 

4.3  Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của lượt dung môi mới tới hiệu suất ngâm dầm bằng hexan 48 

4.4  Thí nghiệm 4: Nghiên cứu phương pháp thu hồi silicagel và động lực học trong sắc ký cột tinh chế dầu tảo 51 

4.5  Thí nghiêm 5: Nghiên cứu giản đồ pha hệ chlorofom-methanol-nước của dầu tảo 54 

4.5.1  Thí nghiệm 5.1: Giản đồ pha hệ chloroform- methanol- nước của dầu đậu nành 54 

4.5.2  Thí nghiệm 5.2: Giản đồ pha hệ chloroform – methanol - nước của dầu tảo 61 

CHƯƠNG 5:  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 

5.1  Kết luận 69 

5.2  Kiến nghị 69 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 

PHỤ LỤC A: 72 

PHỤ LỤC B: 76 

PHỤ LỤC C: 84 

 ρ1: khối lượng riêng hỗn hợp methanol – nước

 ρ2: khối lượng riêng hỗn hợp chloroform – dầu

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Thành phần hóa học chứa trong tảo Chlorella 4 

Bảng 2.2: Thành phần hóa học có trong một số loại tảo ( Becker, 1994) 5 

Bảng 2.3: Hàm lượng dầu và năng suất dầu của vi tảo và một số loại cây khác 6 

Bảng 2.4: Thành phần các loại acid béo trong dầu tảo 7 

Bảng 2.5: Tính chất của một số dung môi 9 

Bảng 2.6: So sánh một số phương pháp trích ly dầu 20  

Bảng 4.1: Hiệu suất chiết dầu thô của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến phương pháp ngâm dầm tảo với dung môi ethanol 39 

Bảng 4.2: Hiệu suất thu dầu tinh của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến phương pháp ngâm dầm tảo với dung môi ethanol 41 

Bảng 4.3: Hiệu suất chiết dầu thô của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách thời gian lắc và phương pháp loại bã đến phương pháp ngâm dầm tảo với dung môi hexan đối chứng với soxhlet 45 

Bảng 4.4: Hiệu suất thu dầu tinh của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách thời gian lắc và phương pháp loại bã đến phương pháp ngâm dầm tảo với dung môi hexan đối chứng với soxhlet 46 

Bảng 4.5: Hiệu suất dầu thô của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượt dung môi mới tới hiệu suất ngâm dầm bằng hexan 48 

Bảng 4.6: Tỉ lệ dầu tinh của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượt dung môi mới tới hiệu suất ngâm dầm bằng hexan 49 

Bảng 4.7: Bảng so sánh lưu lượng dòng chảy, thời gian lưu của các phân đoạn 51 

Thời gian lưu (phút) 51 

Bảng 4.8: Bảng so sánh tốc độ dòng chảy của các phân đoạn dầu 51 

Bảng 4.9: Bảng so sánh thể tích dung môi tổn thất của các phân đoạn 51 

Bảng 4.10: Bảng tỉ lệ dầu các phân đoạn sau khi chạy sắc ký cột 52 

Bảng 4.11: Bảng so sánh màu sắc của cột sắc ký sử dụng silicagel mới và thu hồi 52 

Bảng 4.12: Tỉ lệ hệ dung môi chloroform – methanol – nước tương ứng theo thể tích và khối lượng 54 

Bảng 4.13: Nhận xét các điểm trong giản đồ pha hệ chloroform-methanol-nước

của dầu đậu nành 55 

Bảng 4.14: Tỉ lệ hệ dung môi chloroform – methanol – nước tương ứng theo thể

tích và khối lượng 61 

Bảng 4.15: Nhận xét các điểm trong giản đồ pha hệ chloroform-methanol-nước

của dầu tảo 62 

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1: Tảo chlorella 3 

Hình 2.2: Hệ thống Soxhlet 18 

Hình 2.3: Bình triển khai sắc ký bản mỏng 26 

Hình 2.4: Sơ đồ thể hiện cách xác định a, b và Rf. 27 

Hình 3.1: Quy trình ngâm dầm dầu tảo với dung môi ethanol 29 

Hình 3.2: Quy trình ngâm dầm dầu tảo với dung môi hexan 32 

Hình 3.3: Quy trình ngâm dầm dầu tảo với dung môi hexan 34

Hình 3.4: Giản đồ pha cho hệ 3 cấu tử 37

Hình 4.1: Hình ảnh dầu thô các nghiệm thức 300C, 400C, 500C, 600C, 700C lần lượt từ trái qua phải 39 

Hình 4.2: Đồ thị so sánh hiệu suất chiết dầu thô của phương pháp ngâm dầm ethanol và phương pháp Soxhlet 40 

Hình 4.3: Hình ảnh dầu tinh của các nghiệm thức 300C, 400C, 500C, 600C, 700C lần lượt từ trái qua phải 40 

Hình 4.4: Đồ thị so sánh tỉ lệ dầu tinh của phương pháp ngâm dầm ethanol và phương pháp Soxhlet 41 

Hình 4.5: Đồ thị so sánh hàm lượng dầu thô giữa các khoảng cách thời gian lắc khác nhau 42 

Hình 4.6: Đồ thị so sánh hàm lượng dầu tinh giữa các khoảng cách thời gian lắc khác nhau 43 

Hình 4.7: Đồ thị so sánh hàm lượng dầu thô giữa phương pháp ly tâm và lọc 44 

Hình 4.8: Đồ thị so sánh hàm lượng dầu tinh giữa phương pháp ly tâm và lọc 44 

Hình 4.9 : Biểu đồ so sánh hàm lượng dầu thô giữa ngâm dầm hexane với soxhlet 46 

Hình 4.10: Biểu đồ so sánh hàm lượng dầu tinh giữa ngâm dầm hexane với soxhlet 47 

Hình 4.11: Hình ảnh dầu thô của các nghiệm thức lần lượt từ trái qua phải 47 

Hình 4.12: Hình ảnh dầu tinh của các nghiệm thức lần lượt từ trái qua phải 48 

Hình 4.13: Hình ảnh dầu thô của các nghiệm thức lần lượt từ trái qua phải 48 

Hình 4.14: Đồ thị so sánh tỉ lệ dầu thô thu được của phương pháp ngâm dầm

thay lượt dung môi 49 

Hình 4.15: Hình ảnh dầu tinh của các nghiệm thức lần lượt từ trái qua phải 50 

Hình 4.16: Đồ thị so sánh tỉ lệ dầu tinh thu đượccủa phương pháp ngâm dầm

thay lượt dung môi 50 

Hình 4.17: Hình ảnh dầu tinh và caroten thu được của cột mới và cột thu hồi

silicagel 53 

Hình 4.18(a,b): Giản đồ pha hệ chloroform- methanol- nước của dầu đậu nành 60 

Hình 4.19 (a,b): Giản đồ pha hệ chloroform- methanol- nước của dầu tảo 67 

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay, vấn đề nóng lên toàn cầu đang đe dọa ngày càng nghiêm trọng đến thiên nhiên và sự sinh tồn của con người Vấn đề ô nhiễm không khí từ các nguồn khí thải của nhà máy, phương tiện giao thông và nhiều nguồn khác đang

góp phần làm nóng trái đất

Việc tìm kiếm các loại nhiên liệu sạch, năng lượng sạch để thay thế các nguồn nhiên liệu truyền thống đang dần bị cạn kiệt không những giải quyết được vấn đề ô nhiễm mà còn hạn chế hiệu ứng nhà kính và nguy cơ nóng lên

toàn cầu

Năng lượng sinh học là giải pháp tối ưu có thể thay thế cho nguồn nhiên liệu truyền thống, có thể kể đến là biodiesel Việc sản xuất biodiesel từ tảo và cây có dầu hiện đang là hướng đi mới, giàu tiềm năng được nhiều nước trên thế

giới nghiên cứu trong những năm gần đây

Vi tảo có mức độ sinh trưởng rất nhanh, chu kỳ sinh trưởng chỉ trong vài ngày, và có rất nhiều loài tảo chứa nhiều dầu Năng suất dầu trên mỗi đơn vị nuôi cấy vi tảo có thể cao và vượt trội hơn so với năng suất dầu từ cây có hạt chứa hàm lượng dầu nhiều nhất Tuy nhiên, trong thành phần của dầu tảo còn

có chứa chlorophyll và một số thành phần khác làm giảm độ ổn định của dầu khi tồn trữ và đẩy nhanh sự oxi hóa của dầu, gây ra một số khó khăn cho việc sản xuất biodiesel

Do vậy được sự phân công của Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học và dưới sự

hướng dẫn của PGS.TS Trương Vĩnh, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu trích

ly và tinh chế dầu từ tảo Chlorella Vulgaris”

1.2 Mục đích đề tài

Xây dựng quy trình trích ly và tinh chế dầu từ tảo Chlorella ứng dụng trong sản xuất biodiesel, hạn chế tác động đế môi trường

1.3 Nội dung đề tài

Tập trung nghiên cứu vào các nội dung sau:

- Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến khả năng trích ly dầu tảo bằng phương pháp ngâm dầm với dung môi ethanol

- Khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách thời gian lắc và phương pháp loại

bã tảo đến trích ly dầu tảo bằng phương pháp ngâm dầm với dung môi hexan

- Khảo sát ảnh hưởng của lượt dung môi mới đến trích ly dầu tảo bằng phương pháp ngâm dầm với dung môi hexan

- Nghiên cứu khả năng thu hồi silicagel trong sắc ký cột tinh chế dầu tảo

- Nghiên cứu giản đồ pha hệ chloroform – methanol – nước của dầu tảo

để xác định được khu vực chiết ướt theo quy trình Folch đạt hiệu quả tốt hơn

Những kết quả thí nghiệm thu được hi vọng sẽ ứng dụng được trong công nghiệp

1.4 Yêu cầu

Xác định được các điều kiện thích hợp cho quá trình trích ly dầu tảo

So sánh hiệu quả các quá trình chiết để tìm ra được phương pháp chiết tối

ưu

Dựa vào giản đồ pha chloroform – methanol - nước của dầu tảo, xác định được tỉ lệ dung môi thích hợp cho quá trình chiết ướt theo quy trình Folch

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu về tảo Chlorella

2.1.1 Hình thái và đặc điểm sinh học

Hình 2.1: Tảo chlorella

Tảo lục (Chlorella) là một loại rong đặc biệt, có tên khoa học Pyrenoidosa, tuộc họ Oocystaceae, thường sống ở vùng nước ngọt và có hàm lượng Chlorophyll cao nhất (28.9g/kg) so với bất kỳ thực vật quang hợp khác được biết trên trái đất

Chlorella có màu xanh lá cây nhờ sắc tố quang hợp chlorophyll - a và b trong lục lạp Thông qua quang hợp nó phát triển nhanh chóng chỉ cần lượng khí carbon dioxide, nước, ánh sáng mặt trời, và một lượng nhỏ các khoáng chất

để tái sản xuất

Thành phần hóa học: Chlorella rất giàu protein, vitamin và các khoáng chất Các protein của loài rong này có chứa tất cả các amino acid cần thiết cho nhu cầu dinh dưỡng của người và động vật Rất nhiều vitamin có trong thành của Chlorella pyrenoidosa như: Vitamin C, tiền vitamin A (β - caroten), riboflavin (B2), pyridoxine (B6), niacin (vitamin PP), axit panthothenic (vitamin B3), axit folic (vitamin B9), vitamin B12, biotin (vitamin H), choline, vitamin K, axit lipoic và inositol Các nguyên tố khoáng ở Chlorella pyrenoidosa gồm có: Photpho, canxi, Kẽm, iod, Magie, sắt và đồng

2.1.2 Thành phần hóa học

Thành phần hóa học của tế bào Chlorella tùy thuộc vào tốc độ sử dụng môi

trường dinh dưỡng trong quá trình phát triển

Bảng 2.1: Thành phần hóa học chứa trong tảo Chlorella[9]

10 – 34 % 18.0 mg/gr 0.3 – 0.6 mg/gr

6 mg/gr 2.3 mg/100gr 3.5 mg/100gr

7 – 9 mg/100gr

25 mg/100gr

145 mg/100gr

Bảng 2.2: Thành phần hóa học có trong một số loại tảo ( Becker, 1994)

Một số loại tảo Protein Carbohydrates Lipids Nucleic acid

Scenedesmus

obliquus 50-56 10-17 12-14 3-6 Scenedesmus

Scenedesmus

dimorphus 8-18 21-52 16-40 Chlamydomonas

Porphyridium

cruentum 28-39 40-57 9-14 Spirulina platensis 46-63 8-14 4-9 2-5

Spirulina maxima 60-71 13-16 6-7 3-4.5

Synechoccus sp 63 15 11 5

Anabaena

cylindrica 43-56 25-30 4-7

2.2 Tổng quan về dầu tảo

Nguồn nguyên liệu từ dầu thực vật đều có hạn chế về diện tích đất trồng và

ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực Để không cạnh tranh với nguồn

nguyên liệu dầu thực phẩm, biodiesel nên được sản xuất từ những nguyên liệu

giá rẻ như là các nguồn dầu phi thực phẩm, sử dụng dầu rán, mỡ động vật, dầu

cặn và dầu nhờn

Vi tảo hiện nay có thể được xem là giải pháp cho vấn đề này, góp phần

giảm bớt những đòi hỏi bức thiết về mặt bằng nhờ hiệu suất năng lượng cao

hơn trên mỗi đơn vị diện tích đất cũng như không cạnh tranh với đất trồng nông

Vi tảo (lượng dầu trung bình) 50 97800

Các vi sinh vật được kỳ vọng nhiều nhờ có chu kỳ sinh trưởng ngắn, hàm

lượng lipid cao và dễ dàng được cải tạo giống bởi các phương tiện sinh học

Các loài vi tảo được xem là đối tượng tiềm năng để sản xuất nhiên liệu bởi rất nhiều ưu điểm như là hiệu suất quang hợp cao, sinh khối lớn và mức độ tăng trưởng cao hơn khi so sánh với các loài cây trồng sản xuất năng lượng khác Trong tự nhiên có rất nhiều loài vi tảo có lượng dầu cao như:

Nannochloropsis sp có từ 31 - 68%, Chlorella sp có từ 28 - 32% nên rất thích

hợp để sản xuất năng lượng sinh học

Thành phần dầu trong tế bào vi tảo cũng khác nhau tùy theo chủng loại Thành phần dầu trong vi tảo gồm có các acid béo bão hòa và chưa bão hòa, chứa 12 - 20 nguyên tử carbon, và một số thuộc họ ω3 và ω6

Bảng 2.4: Thành phần các loại acid béo trong dầu tảo[6]

2.3 Tổng quan về dung môi [10]

Trong rất nhiều trường hợp thì bản chất dung môi hữu cơ gây ảnh hưởng lớn đến quá trình chiết tách Tùy vào tính chất của chất mà ta muốn phân lập

mà ta chọn loại dung môi phù hợp, thông thường các chất mà ta muốn chiết có

độ phân cực khác nhau vì vậy mà ta lựa chọn các loại dung môi hữu cơ có độ phân cực khác nhau Dựa trên nguyên tắc chung là các chất giống nhau sẽ hòa tan vào nhau, nghĩa là dung môi không phân cực sẽ hòa tan các hợp chất không

Tên acid Công thức phân

tử

Khối lượng phân tử

% Khối lượng

Acid Myristic (C14:0) C14H28O2 228 0.7 Acid Palmitic (C16:0) C16H32O2 256 46.08 Acid Palmitoleic (C16:1) C16H30O2 254 2.62 Acid Stearic (C18:0) C18H36O2 284 0.79 Acid Oleic (C18:1) C18H34O2 282 11.33 Acid Linoleic (C18:2) C18H32O2 280 30.81 Acid Linolenic (C18:3) C18H30O2 278 4.33 Acid Arachidic (C20:0) C20H40O2 312 3.35

phân cực, dung môi phân cực trung bình sẽ hòa tan các hợp chất phân cực trung bình và dung môi phân cực mạnh sẽ hòa tan các hợp chất có tính phân cực Căn cứ vào tính phân cực của dung môi và các hợp chất tự nhiên ta có thể

dự đoán sự hiện diện của các hợp chất mà ta chiết được với những loại dung môi khác nhau Nếu được gia nhiệt, khả năng hòa tan của dung môi hữu cơ có thể tăng lên và hòa tan được những chất có tính phân cực hơn nó

Khi cần chiết lấy toàn bộ các hợp chất có trong mẫu, người ta thường sử dụng dung môi là alcohol 80% (thường là ethanol hoặc methanol), vì loại dung môi này có khả năng thấm xuyên qua màng tế bào thực vật cũng như có thể tạo liên kết hydrogen liên phân tử với các nhóm phân cực khác, vì vậy chúng được xem là dung môi vạn năng, có thể chiết được các hợp chất phân cực mạnh, vừa

và yếu Tuy nhiên, muốn chiết các chất béo trong nguyên liệu thì tốt nhất nên

sử dụng hexan

Dung môi có thể được chia làm hai loại: phân cực và không phân cực Nói chung, hằng số điện môi phản ánh sơ bộ tính phân cực của dung môi Tính phân cực mạnh của nước được lấy làm chuẩn, ở 250C, hằng số điện môi là 78.5 Các dung môi có hằng số điện môi nhỏ hơn 15 thường được coi là không phân cực

Độ phân cực, moment lưỡng cực, hệ số phân cực và liên kết hydro của một dung môi quyết định dung môi đó có thể hòa tan được những loại hợp chất nào

và có thể được trộn lẫn với những loại dung môi hay hợp chất dạng lỏng nào khác

2.3.1 Một số tính chất chất của dung môi

Điểm sôi:

Một trong những tính chất quan trọng của dung môi đó là điểm sôi Tính chất này cũng xác định tốc độ bay hơi Một lượng nhỏ dung môi có điểm sôi thấp như diethyl ether, dichloromethane, hoặc acetone sẽ bay hơi trong vài giây

ở nhiệt độ phòng, trong khi đối với các dung môi có điểm sôi cao như nước hoặc dimethyl sulfoxide, muốn bốc hơi nhanh cần có nhiệt độ cao hơn, sự lưu thông không khí, hoặc sử dụng môi trường chân không

Điểm sôi thấp: Nhiệt độ sôi dưới 1000C (điểm sôi của nước)

Điểm sôi trung bình: 1000C – 1500C

Điểm sôi cao: trên 1500C

Tỷ trọng:

Hầu hết các dung môi hữu cơ đều có tỷ trọng thấp hơn nước, có nghĩa là

chúng nhẹ hơn và sẽ hình thành một lớp riêng biệt trên bề mặt nước Tuy nhiên

có một ngoại lệ là hầu hết các dung môi halogen như dichloromethane hoặc

chloroform sẽ chìm xuống đáy của bình chứa và nước sẽ nổi lên trên Điều này

là rất quan trọng và cần ghi nhớ khi phân tách các hợp chất giữa dung môi và

nước trong một phễu chiết tách trong qua trình tổng hợp hóa học

Tính cháy:

Hầu hết các dung môi hữu cơ đều dễ cháy hoặc rất dễ cháy, tùy thuộc vào

tính dễ bay hơi của chúng Trường hợp ngoại lệ là một số dung môi clo hóa như

dichloromethane hoặc chloroform Hỗn hợp của hơi dung môi và không khí có

thể phát nổ Hơi dung môi nặng hơn hơi không khí, chúng sẽ chìm xuống đáy

và có thể di chuyển trong một khoảng cách lớn mà gần như không bị pha loãng

Bảng 2.5: Tính chất của một số dung môi

Dung môi Công thức hóa

học

Chỉ số phân cực

Chỉ số chiết xuất (20 o C)

Điểm sôi ( o C)

Hằng

số điện môi

Tỷ trọng (g/ml)

2.3.2 Một số yêu cầu khi lựa chọn dung môi hữu cơ

Nhiệt độ sôi thấp để dễ dàng tách hợp chất ra khỏi dung môi bằng phương pháp chưng cất, nhưng không được thấp quá vì sẽ gây tổn thất dung môi, dễ gây cháy và khó thu hồi dung môi (khó ngưng tụ)

Không được trộn lẫn với nước

Trọng lượng riêng của dung môi phải khác biệt lớn so với trọng lượng riêng của nước, nếu không như vấy thì không có ranh giới rõ ràng giữa các pha, thường thì người ta không dùng các dung môi nặng hơn nước

Không tác dụng hóa học với chất cần chiết

Độ nhớt nhỏ để rút ngắn thời gian trích ly (độ nhớt nhỏ khuếch tán nhanh)

đó phổ biến nhất là hexane, pentane, propane, butane

Tuy nhiên, không có loại dung môi nào đạt được tất cả các yêu cầu trên

2.3.3 Các dung môi sử dụng

2.3.3.1 Hexane

Đặc điểm: không màu, có mùi đặc trưng

Phân tử khối: 86.18 đvC

Dung điểm (điểm nóng chảy): -95.30C

Phí điểm (điểm sôi): 68.70C

Tỷ trọng (ở 25oC): 0.6548 kg/m3

Chỉ số khúc xạ (chiết xuất) đo ở 20 oC: 1.3749

Độ nhớt (ở 50oC): 0.24 mPa.s

Hằng số điện môi ở 20oC): 1.89

Nhiệt độ tự cháy (nhiệt độ tối thiểu mà dung môi tự cháy trong không khí

mà không cần mồi lửa): 2250C

Giới hạn cháy nổ (giới hạn về nồng độ hơi của dung môi trong không khí tính theo thể tích đủ để hỗn hợp hơi này phát nổ khi có mồi lửa): 1.1 ÷ 7.5 %

Độ tan: không tan trong nước, tan nhiều trong ethanol, ethyl ether, chloroform

Tác dụng sinh học: làm đau cơ quan hô hấp, gây ngủ với liều lượng cao

Dung điểm (điểm nóng chảy): -114.1oC

Phí điểm (điểm sôi): 78.2oC

Tỷ trọng (ở 20oC): 0.7893 kg/m3

Chỉ số khúc xạ (chiết xuất) đo ở 20oC: 1.3611

Độ nhớt (ở 75oC): 0.476 mPa.s

Hằng số điện môi (ở 20 oC): 25.3

Nhiệt độ tự cháy (nhiệt độ tối thiểu mà dung môi tự cháy trong không khí

mà không cần mồi lửa): 363oC

Giới hạn cháy nổ (giới hạn về nồng độ hơi của dung môi trong không khí tính theo thể tích đủ để hỗn hợp hơi này phát nổ khi có mồi lửa): 3.3 ÷ 19 %

Độ tan: tan trong benzene, tan hoàn toàn trong nước, ethanol, ethyl ether, acetone, chloroform, acid acetic

Tác dụng sinh học: làm máu dồn lên mặt, say, nôn mửa, mê man, có thể gây chết

2.3.3.3 Chloroform

Đặc điểm: chất lỏng không màu, mùi đặc trưng, vị ngọt, bảo quản lạnh , tránh ánh sáng

Tên khác: triclomethane

Công thức phân tử: CHCl3

Phân tử khối: 119.38 đvC

Dung điểm (điểm nóng chảy): -63.6oC

Phí điểm (điểm sôi): 61.1oC

Dung điểm (điểm nóng chảy): -97.6oC

Phí điểm (điểm sôi): 64.6oC

Tỷ trọng (ở 20oC): 0.7914 kg/m3

Chỉ số khúc xạ (chiết xuất) đo ở 20oC: 1.3288

Độ nhớt (ở 25oC): 0.544 mPa.s

Hằng số điện môi (ở 20oC): 33

Nhiệt độ tự cháy (nhiệt độ tối thiểu mà dung môi tự cháy trong không khí

mà không cần mồi lửa): 464oC

Giới hạn cháy nổ (giới hạn về nồng độ hơi của dung môi trong không khí tính theo thể tích đủ để hỗn hợp hơi này phát nổ khi có mồi lửa): 6 ÷ 36 %

Độ tan: tan trong cloroform, tan nhiều trong benzene, tan hoàn toàn trong nước, ethanol, ethyl ether, acetone

Tác dụng sinh học: gây nhức đầu, nôn mửa, hôn mê, rối loạn tuần hoàn, hô hấp, chết nếu uống quá 30 ml

2.4 Phương pháp trích ly

2.4.1 Ý nghĩa của phương pháp

Ngày nay, phương pháp trích ly đã được áp dụng rộng rãi vì nó mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn phương pháp ép và có khả năng tự động hóa cao Phương pháp trích ly có thể lấy được triệt để hàm lượng dầu có trong nguyên liệu, hàm lượng dầu còn lại 1.8 %, ít hơn nhiều so với phương pháp ép (hàm lượng dầu trong bã trích ly khoảng từ 1 ÷ 6 %) Trong thực tế sản xuất, người ta thường kết hợp cả hai phương pháp ép và trích ly Ngoài ra, phương pháp trích

ly có thể khai thác được những loại dầu có hàm lượng bé trong nguyên liệu và

có thể khai thác dầu với năng suất lớn Tuy nhiên, do dung môi còn khá đắt tiền, các vùng nguyên liệu nằm rải rác không tập trung nên phương pháp này chưa được ứng dụng rộng rãi trong nước ta

2.4.2 Cơ chế của quá trình trích ly [11]

Quá trình trích ly bằng dung môi được biết đến như là một quá trình bao gồm bốn cơ chế vật lý của các quá trình sau đây:

 Sự tương tác của dung môi với quá trình trao đổi chất trên bề mặt vật liệu trích ly

 Quá trình truyền dung môi bên trong sản phẩm được thực hiện ở thể lỏng bởi những quá trình khác nhau như: sự mao dẫn, khuếch tán phân tử và gradient của nồng độ dung môi là động lực cho quá trình này

 Quá trình truyền chất tan (dầu) vào dung môi xảy ra bên trong sản phẩm, nó được thực hiện bằng quá trình khuếch tán bên trong vật liệu Gradient của nồng độ chất tan là động lực của quá trình này

 Quá trình chuyển chất tan từ bề mặt vật liệu ra ngoài môi trường dung môi, quá trình này được thực hiện bằng quá trình khuếch tán đối lưu

Để tăng cường hoạt động của quá trình trích ly bằng dung môi, có thể sử dụng các phương pháp sau:

 Quá trình nghiền giúp tăng quá trình trao đổi trên bề mặt cũng như việc hòa tan chất tan trên bề mặt dễ thực hiện hơn

 Quá trình thay đổi cấu trúc bên trong tế bào làm cho chúng có cấu trúc xốp hơn Vì cấu trúc bên trong của thực vật đặc biệt là màng tế bào chất và vách tế bào sẽ cản trở quá trình truyền khối của chất lỏng, hay quá trình khuếch tán Sự cản trở khuếch tán bởi cấu trúc bên trong tế bào thường được xem là yếu tố chủ yếu hạn chế động học của quá trình trích ly

 Quá trình khuấy trộn cho phép tăng nhanh quá trình truyền chất tan từ các bề mặt vật liệu vào môi trường dung môi bên ngoài bằng quá trình đối lưu

2.4.3 Động học của quá trình trích ly [11]

Một trong các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình chiết là thời gian tiếp xúc pha Trong nhiều hệ chiết thì cân bằng chiết thường không đạt được ngay, thời gian đạt cân bằng còn phụ thuộc vào các điều kiện chiết

Tốc độ chiết phụ thuộc vào tốc độ của các phản ứng hoá học xảy ra bên trong hệ, nghĩa là phụ thuộc vào tốc độ tạo thành các hợp chất chiết được và tốc

độ truyền vật chất – khối lượng giữa hai pha

Ngoài ra, quá trình chiết còn phụ thuộc vào các yếu tố như thành phần pha nước, bản chất dung môi, nhiệt độ, pH …

2.4.4 Cơ sở lý thuyết của quá trình trích ly

Quá trình trích ly được dựa trên tính hòa tan tốt của dầu trong dung môi hữu cơ không phân cực (chẳng hạn xăng, n-hexan, dicloetan…) Độ hòa tan vào nhau của hai chất lỏng phụ thuộc vào hằng số điện môi, hai chất lỏng có hằng số điện môi càng gần nhau thì khả năng hòa tan vào nhau càng lớn Dầu

có hằng số điện môi từ 2 ÷ 3, các dung môi hữu cơ có hằng số điện môi từ 2 ÷

10, do đó có thể dùng các dung môi hữu cơ để ly trích dầu chứa trong nguyên liệu

Trích ly là quá trình chuyển dần phân bố bên trong cũng như mặt ngoài các cấu trúc vật thể rắn như hạt, bột có dầu vào pha lỏng dung môi, là một quá trình truyền khối xảy ra trong lớp chuyển động, do sự chênh lệch nồng độ dầu trong nguyên liệu và dòng chảy bên ngoài Vì vậy, bản chất của quá trình trích ly là

một quá trình là một quá trình ngâm chiết hòa tan, làm chuyển dầu từ trong nguyên liệu vào dung môi, thực hiện bằng khuếch tán đối lưu, sau đó tiếp tục thẩm thấu qua vách tế bào

2.4.5 Các nhân tố ảnh hưởng đến vận tốc và độ kiệt dầu khi trích ly [10]

 Mức độ phá vỡ cấu trúc tế bào nguyên liệu là yếu tố cơ bản thúc đẩy quá trình trích ly nhanh chóng và hoàn toàn, tạo điều kiện cho nguyên liệu tiếp xúc triệt để với dung môi

 Kích thước và hình dạng của hạt ảnh hưởng nhiều đến vận tốc chuyển động của dung môi qua lớp nguyên liệu, từ đó xúc tiến nhanh hoặc làm chậm quá trình trích ly Nếu bột trích ly có kích thước và hình dạng thích hợp, sẽ có được vận tốc chuyển động tốt nhất của dung môi vào trong các khe vách cũng như các hệ mao quản của nguyên liệu

 Nhiệt độ của bột trích ly: bản chất của quá trình trích ly là quá trình khuếch tán, vì vậy khi tăng nhiệt độ, quá trình khuếch tán sẽ được tăng cường

do độ nhớt của dầu trong nguyên liệu giảm làm tăng vận tốc chuyển động của dầu vào dung môi

Tuy nhiên, sự tăng nhiệt độ cũng phải có giới hạn nhất định, nếu nhiệt độ quá cao sẽ gây tổn thất nhiều dung môi và gây biến tính dầu Khi đun dung môi đến nhiệt độ sôi sẽ tạo ra một lượng lớn các bọt khí có khả năng phá vỡ thành tế bào chứa dầu và do đó, vận tốc khuếch tán phân tử cũng tăng lên

 Độ ẩm của nguyên liệu trích ly: khi tăng lượng ẩm sẽ làm chậm quá trình khuếch tán và làm tăng sự kết dính các hạt bột trích ly do ẩm trong bột trích ly sẽ tương tác với protein và các chất ưa nước khác, ngăn cản sự thấm sâu của dung môi thấm sâu vào bên trong của các hạt bột trích ly, làm chậm quá trình khuếch tán phân tử và đối lưu

 Vận tốc chuyển động của dung môi trong lớp bột trích ly gây ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán phân tử và đối lưu Tăng vận tốc chuyển động của dung môi sẽ làm tăng mức chênh lệch nồng độ của mixen trong lớp nguyên liệu Từ đó, rút ngắn được thời gian trích ly, tăng năng suất thiết bị

 Tỉ lệ giữa dung môi và nguyên liệu ảnh hưởng đến vận tốc trích ly, lượng bột trích ly càng nhiều càng cần nhiều dung môi

để đi đến bộ phận giảm áp Tại bộ phận giảm áp, áp suất bị hạ xuống đưa đến

hệ quả là chất lỏng siêu tới hạn CO2 sẽ hóa thành khí CO2, khí này được dẫn trả

về máy bơm để tiếp tục quá trình chiết còn chất chiết sẽ kết tủa xuống và được dẫn vào bộ phận tiếp nhận thành phẩm đã chiết được

D không được cao vượt quá mức cong của ống thông nhau E

Rót dung môi đã lựa chọn vào bình cầu, kiểm tra hệ thống kín, mở nước chảy hoàn lưu trong bộ phận ngưng tụ hơi dung môi

Dung môi khi được đun nóng đến nhiệt độ đạt được điểm sôi sẽ bốc hơi lên cao, hơi dung môi theo ống B lên cao đến bộ phận ngưng tụ, hơi dung môi được làm lạnh, ngưng tụ thành thể lỏng, rớt xuống túi vải chứa bột nguyên liệu Dung môi ngấm vào bột nguyên liệu và chiết những chất hữu cơ có thể hòa tan vào trong dung môi Theo quá trình đun nóng, lượng dung môi rơi vào túi vải càng nhiều, mức dung môi dâng cao trong ống D và đồng thời cũng dâng cao trong ống E Đến mức cao nhất trong ống E, dung môi sẽ hút về bình cầu

A, lực hút này sẽ rút hét lượng dung môi đang chứa trong ống D Quá trình tiếp tục cho đến khi chiết kiệt các chất có trong bột nguyên liệu

Quá trình chiết kết thúc khi giọt dung môi chảy xuống từ ống hồi lưu chảy xuống không làm loang giấy lọc khi đã bay hơi hết dung môi Cất thu hồi dung môi trong bình cầu thu được cao chiết

Hệ thống ngưng tụ C Túi lọc D Ống thông nhau E

Bếp đun

2.4.6.3 Phương pháp ngấm kiệt[10]

Nguyên tắc:

Bột nguyên liệu được nghiền thô (3mm)

Đáy của bình ngấm kiệt được lót bằng bột thủy tinh và một tờ giấy lọc Bột nguyên liệu được đặt vào bình, bên trên lớp boont thủy tinh và đặt gần đầy bình Đậy bề mặt lớp bột bằng một tờ giấy lọc và chặn lên trên bằng những viên

bi thủy tinh để cho dung môi không làm xáo trộn bề mặt lớp bột

Từ từ rót dung môi cần thiết vào bình cho đến khi dung môi phủ xấp xấp phía trên bề mặt, có thể sử dụng dung môi nóng hay nguội

Để yên một thời gian (12-24 tiếng) Mở van bình ngấm kiệt cho dung dịch chiết chảy xuống bình ngấm kiệt điều chỉnh sao cho vận tốc dung môi tinh khiết chảy vào bình ngấm kiệt bằng với dung sịch chảy ra khỏi bình này

Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến vì không đòi hỏi thiết bị tốn kém, phức tạp Vì đây là quá trình chiết liên tục, dung môi trong bình ngấm kiệt

đã bão hòa mẫu chiết sẽ được thay thế liên tục bằng dung môi tinh khiết

2.4.6.4 Phương pháp ngâm dầm

Kỹ thuật ngấm dầm cũng tương tự như kỹ thuật chiết ngấm kiệt nhưng không đòi hỏi thiết bị phức tạp và dễ dàng thao tác với một lượng mẫu lớn Ngâm bột nguyên liệu trong một bình chứa bằng thủy tinh hoặc bằng thép không gỉ, lưu ý bình phải có nắp đậy kín Tránh sử dụng bình bằng nhựa vì dung môi hữu cơ có thể hòa tan một ít nhựa, gây nhầm lẫn đó là hợp chất có chứa trong nguyên liệu

Rót dung môi tinh khiết vào bình cho đến khi xấp xấp bề mặt lớp bột nguyên liệu Giữ yên ở nhiệt độ phòng trong vòng một đêm hoặc một ngày, để cho dung môi xuyên thấm vào cấu trúc tế bào nguyên liệu cần chiết và hòa tan các hợp chất chứa trong nó Sau đó, dung dịch chiết được lọc qua một tờ giấy lọc, thu hồi dịch lọc ta sẽ có được cao chiết

Rót dung môi mới vào bình chứa mẫu và tiếp tục chiết thêm một vài lần nữa cho đến khi chiết kiệt mẫu

Có thể gia tăng hiệu quả của sự chiết bằng cách thỉnh thoảng đảo trộn, xốc đều lớp nguyên liệu hoặc có thể gắn bình vào máy lắc để lắc nhẹ (chú ý không

để nắp bình bị bung ra làm dung dịch chiết bị trào ra ngoài)

Mỗi lần ngâm dầm dung môi chỉ cần 24 giờ là đủ vì với một lượng dung môi cố định trong bình, mẫu chất chỉ hòa tan được vào dung môi đạt đến mức bảo hòa, không thể hòa tan thêm được nhiều hơn, có ngâm lâu hơn cũng chỉ mất thời gian nên ta cần chiết nhiều lần, mỗi lần chiết một lượng ít dung môi

Bảng 2.6: So sánh một số phương pháp trích ly dầu Phương

Dung môi tinh khiết

được hoàn lưu liên

tục

Ít tốn công hơn phương pháp ngâm dầm

Hiệu quả cao hơn phương pháp ngâm dầm

Liên tục thay thế dung môi tinh khiết

Thiết bi đơn giản Trích được lượng mẫu lớn

Mất nhiều thời gian

Hiệu quả không cao bằng các phương pháp khác

Mất nhiều thời gian Liên tục châm dung môi mới

Phải trải qua công đoạn lọc

2.5 Tổng quan sắc ký cột, sắc ký bản mỏng [10]

2.5.1 Lịch sử phương pháp sắc ký

Nhà thực vật học người Nga Mikhail Tswett (Mikhail Semyonovich Tsvet) phát minh ra kĩ thuật sắc kí vào năm 1903 khi ông đang nghiên cứu về chlorophyll

Tên gọi: Chromatography: Sắc ký nghĩa là ghi màu, trong tiếng Hy Lạp chữ chroma có nghĩa là màu, nó vừa là tên của Tsvet trong nghĩa tiếng Nga vừa

là màu của các sắc tố thực vật ông phân tích lúc bấy giờ, còn graphein là viết Tên này vẫn tiếp tục được dùng dù các phương pháp này còn được sử dụng để tách các chất không màu

Năm 1938, Izmailov và Schraiber đã xây dựng và sau đó năm 1958, Stahl

đã hoàn thiện phương pháp sắc ký lớp mỏng

Sắc ký tiếp tục phát triển không ngừng nhờ vào những kết quả nghiên cứu của Archer John Porter Martin và Richard Laurence Millington Synge trong suốt những năm thập niên 40 và 50 của thế kỷ 20 Hai ông đã đưa ra những nguyên tắc và kỹ thuật cơ bản của sắc ký phân bố làm động lực cho sự phát triển của nhiều phương pháp sắc ký khác nhau như sắc ký giấy (PC), sắc ký khí (GC) và sắc ký lỏng cao áp (HPLC)

Sắc ký khí phát triển mạnh mẽ vào những năm 1960, trong khi đó sự ra đời của sắc ký lỏng cao áp vào cuối thập niên 60 là một bước ngoặt mới trong lịch

sử sắc ký Ngày nay chúng được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm hiện đại trên toàn thế giới Sắc ký là một phương pháp vật lí để tách một hỗn hợp gồm nhiều loại hợp chất ra riêng thành từng chất đơn lẻ, dựa vào tính ái lực khác nhau của những loại hợp chất đó đối với một hệ thống (hệ thống gồm hai pha: một pha động và một pha tĩnh)

Pha tĩnh: có thể là chất rắn hoặc chất lỏng Pha tĩnh tách riêng các hợp chất trong một hỗn hợp nào đó là nhờ vào tính chất hấp thu của nó Pha tĩnh là chất rắn thường là alumin hoặc silicagel đã được xử lý, nó có thể được nạp nén vào trong một cột (sắc ký cột hở), hoặc được tráng thành một lớp mỏng, phủ lên trên bề mặt một tấm kiếng, tấm nhôm hoặc tấm nhựa (sắc ký lớp mỏng)

Pha động: có thể là chất lỏng hoặc chất khí Chất khí được sử dụng trong

kỹ thuật sắc ký khí, trường hợp này chất khí được gọi là khí mang hoặc khí vectơ Chất lỏng dùng trong sắc ký giấy, sắc ký lớp mỏng, sắc ký cột, lúc này chất lỏng gọi là dung môi giải ly

2.5.2 Phân loại các phương pháp sắc ký

Theo bản chất của hai pha sử dụng:

Pha động Pha tĩnh Tên gọi của kỹ thuật sắc ký

Chất lỏng Chất rắn Sắc ký lỏng-rắn (sắc ký cột, sắc ký lớp mỏng) Chất khí Chất rắn Sắc ký khí-rắn (gọi chung là sắc ký khí)

Chất lỏng Chất khí Sắc ký lỏng-lỏng (sắc ký HPLC với cột nhồi

C18) Chất khí Chất khí Sắc ký khí-lỏng (gọi chung là sắc ký)

Theo bản chất của hiện tượng xảy ra trong quá trình tách chất:

Sắc ký phân chia

Sắc ký hấp thu

Sắc ký trao đổi ion

Sắc ký lọc gel

Phẳng Giấy Đi lên, đi xuống, từ tâm

lan tỏa tròn Phân chia

Phẳng Lớp mỏng Đi lên, đi xuống, từ tâm

lan tỏa tròn

Hấp thu, phân chia, trao đổi ion, lọc gel

Cột Cột hở Đi xuống Hấp thu, phân chia,

trao đổi ion, lọc gel Cột Sắc ký khí Nhờ vào ngoại lực Hấp thu, phân chia

Cột HPLC Nhờ vào ngoại lực Hấp thu, phân chia,

trao đổi ion, lọc gel

2.5.3 Sắc ký cột

2.5.3.1 Khái niệm

Sắc ký cột cổ điển là tên gọi để chỉ loại sắc ký sử dụng một ống hình trụ, được đặt dựng đứng, với đầu trên hở và đầu dưới có gắn một khóa, dụng cụ này giống cái buret để định phân trong phòng thí nghiệm Pha tĩnh rắn được nhồi vào ống trụ Mẫu cần tách được đặt lên trên bề mặt của pha tĩnh Pha động là dung môi được rót liên tục vào đầu cột Nhờ trọng lực dung môi di chuyển từ trên đầu cột xuống dưới cột, xuyên ngang qua pha tĩnh, rồi ra khỏi cột và được hứng trong những ống nghiệm, mỗi ống nghiệm với một thể tích như nhau Nhờ thiết bị thu nhận mẫu tự động có thể hoạt động trong một thời gian dài, người ta

có thể triển khai sắc ký cột qua đêm rất thuận tiện Như vậy, dung môi chảy từ trên xuống sẽ kéo theo những phân tử thích hợp làm chúng tách ra khỏi hỗn hợp.Tóm lại, yếu tố quyết định đến hiệu quả của sắc ký cột phụ thuộc vào việc lựa chọn pha động, độ đặc khít của cột, dung môi sử dụng, tốc độ giải ly… nên cần phải lưu ý chúng

2.5.3.2 Nguyên tắc và yêu cầu của phương pháp

Nguyên lý tách của sắc kí cột cũng như của các loại sắc kí khác: một mẫu thử được nạp lên một cột chứa chất hấp phụ (thường là silicagel, nhôm oxyt) Cột chứa chất hấp phụ này đóng vai trò là một pha tĩnh Một dung môi khai triển (pha động) di chuyển dọc theo cột sẽ làm di chuyển các cấu tử của mẫu thử, do các cấu tử này có độ phân cực khác nhau nên ái lực của chúng với pha tĩnh cũng khác nhau, vì vậy chúng bị dung môi giải hấp và bị đẩy đi với vận tốc khác nhau tạo các dãy riêng biệt có vị trí khác nhau ra khỏi cột tại các thời điểm khác nhau, làm cơ sở cho việc phân tích định tính và định lượng

Ưu nhược điểm của phương pháp:

Ưu điểm:

Có thể được sử dụng trong cả hai lĩnh vực phân tích và điều chế

Sắc ký cột không những dùng để xác định số lượng các thành phần của một hỗn hợp mà nó còn có thể được dùng để tách và tinh chế những thành phần phân tích Điều này trái ngược với sắc ký giấy, đó chỉ là một phương pháp phân tích

Pha tĩnh và các dụng cụ thí nghiệm rẻ tiền, dễ kiếm; có thể triển khai với một lượng lớn mẫu chất

Nhược điểm:

Khi chạy cột sắc ký cần đòi hỏi sự chú ý theo dõi liên tục để duy trì mức dung môi vì nếu không sẽ dễ gây xuất hiện các bọt khí làm tắc cột, nứt cột, và biến dạng đường đi của dung môi

Chạy cột tốn thời gian và công việc lặp đi lặp lại, đặc biệt là khi chạy các mẫu lớn

Quá trình tách chậm và hiệu quả thấp so với sắc ký lỏng cao áp

2.5.3.3 Ứng dụng

Phân lập các hormon tăng trưởng steroid, hormon sinh dục và các hợp chất

liên quan

Rửa giải các thuốc trừ sâu, tách các thuốc trừ sâu gốc Clo

Phân lập kháng sinh, tách các chất lipid, phân lập alkaloid