Nghiên cứu điều kiện tối ưu chiết tách anthocyanin từ bắp cải tím và ứng dụng làm chất chỉ thị màu trong chuẩn độ axit – bazo, sản xuất giấy đo ph

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU CHIẾT TÁCH ANTHOCYANIN TỪ BẮP CẢI TÍM VÀ ỨNG DỤNG LÀ CHẤT CHỈ THỊ MÀU TRONG CHUẨN ĐỘ AXIT – BAZO, SẢN XUẤT GIẤY ĐO pH Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Lê Tự Hải Sinh viên thực : Đặng Thị Ngọc Thủy Lớp : 14CHP Đà Nẵng, tháng năm 2018 LỜI CẢM ƠN Khóa luận tốt nghiệp hội để sinh viên tổng kết, vận dụng kiến thức học vào thực tế, đồng thời giúp sinh viên phát huy tính sáng tạo, học cách tự tìm điểm mạnh thân, cách tự lên kế hoạch làm việc, cách giải vấn đề phát sinh hoàn thành mục tiêu đặt Trong suốt thời gian thực báo cáo khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu điều kiện tối ưu chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tím ứng dụng làm chất thị màu chuẩn độ axit – bazo, sản xuất giấy đo pH” từ giai đoạn tìm đề tài, lên kế hoạch làm việc, đến việc tiến hành hồn thành báo cáo tơi làm khơng thí nghiệm thực nghiệm gặp nhiều khó khăn mà thân khơng thể giải nhờ giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Lê Tự Hải giúp đỡ, bảo, tạo điều kiện thầy cô giáo giảng dạy thầy cô giáo phụ trách phòng thí nghiệm tơi hồn thành báo cáo đạt kết mong muốn Nhân xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn Lê Tự Hải, cô Giang Thị Kim Liên giảng dạy môn Xử lý số liệu quy hoạch thực nghiệm, cô Phạm Thị Hà giảng dạy mơn Phân tích định lượng thầy giáo phụ trách phòng thí nghiệm: Lê Thị Tuyết Anh, thầy Đoàn Văn Dương, thầy Nguyễn Văn Din Một lần xin chân thành cảm ơn quý thầy Tuy có nhiều cố gắng song khơng tránh khỏi sai sót, mong nhận giúp đỡ góp ý q thầy hội đồng phản biện Xin chân thành cảm ơn Đà Nẵng, ngày 21 tháng năm 2018 Sinh viên Đặng Thị Ngọc Thủy MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU Giới thiệu vấn đề nghiên cứu Mục tiêu đề tài Tính cấp thiết đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan số chất thị sử dụng chuẩn độ axit - bazơ 1.1.1.Phenolphtalein 1.1.2.Metyl da cam 1.1.3.Metyl đỏ 1.2 Tổng quan Anthocyanin tính hình nghiên cứu Anthocyanin 1.2.1.Tổng quan Anthocyanin 1.2.2.Tình hình chiết tách Anthocyanin từ thiên nhiên CHƯƠNG 2.NGUYÊN LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 2.1 Nguyên liệu nghiên cứu 2.2 Dụng cụ, hóa chất 2.3 Nội dung nghiên cứu 2.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố đến trình chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tím 15 2.3.3.Chiết tách Anthocyanin điều kiện tối ưu 16 2.3.4.Ứng dụng Anthocyanin làm chất thị màu chuẩn độ axit – bazo, so sánh với chất thị khác 16 2.3.5.Xác định khoảng đổi màu, bước nhảy chuẩn độ anthocyanin 16 2.3.6.Lập bảng màu dung dịch thay đổi theo pH 16 2.3.7.Tìm điều kiện tối ưu sản xuất giấy đo pH từ Anothocyanin 18 2.4 Phương pháp nghiên cứu 19 2.4.1.Phương pháp thu thập thông tin 19 2.4.2.Phương pháp kế thừa 19 2.4.3.Phương pháp chuyên gia 19 2.4.4.Phương pháp lấy mẫu trường 19 2.4.5.Phương pháp xử lý số liệu 20 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 20 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố đến trình chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tím 20 3.2 Bài toán tối ưu 24 3.3 Chiết tách Anthocyanin điều kiện tối ưu 30 3.5 Xác định khoảng đổi màu, bước nhảy chuẩn độ anthocyanin 33 3.7 Tìm điều kiện tối ưu sản xuất giấy đo pH từ Anothocyanin 35 KẾT LUẬN 47 DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Sự thay đổi màu phenolphthalein Bảng 1.2 Sự thay đổi màu metyl da cam theo pH Bảng 1.3 Sự thay đổi màu theo pH metyl đỏ Bảng Các anthocyanidin anthocyanin khác gốc R khác Bảng Thông tin dinh dưỡng có 100g bắp cải tím Bảng Nhật ký lấy mẫu Bảng Kết khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ ngu Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian chiết Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ dung môi Bảng 3.4 Ma trận thực nghiệm Bảng 3.5 Ma trận trực giao cấp I Bảng 3.6 Các hệ số phương trình hồi quy Bảng 3.7 Kết thí nghiệm tâm phương án Bảng 3.8 Kết tính hệ số tj Bảng 3.9 Kết tính YL Bảng 3.10 Kết tính j, j.bj Bảng 3.11 Kết tính bước chuyển động làm tròn Bảng 3.12 Kết tối ưu Bảng 13 So sánh khả thị anthocyanin Bảng 3.14 Kết xác định b ước nhảy chuẩn độ anthocyanin Bảng 15 Bảng màu giấy đo pH sản xuất từ Anthocy Bảng 16 Nhật ký lấy mẫu 42 Bảng 17 Kết đo pH mẫu nước .45 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Cơng thức phân tử phenolphtalein Hình Cơ chế đổi màu phenolphthalein Hình Cơng thức phân tử metyl da cam Hình Metyl da cam Hình Cơ chế đổi màu Metyl da cam Hình Công thức phân tử metyl đỏ Hình Metyl đỏ Hình Cơ chế thay đổi màu thị Metyl đỏ Hình Cấu trúc anthocyanidin an Hình 10 Bắp cải tím Hình 1.Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỷ lệ ngun liệu/dung mơi…………………………….21 Hình Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời g Hình 3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỷ lệ Hình Ảnh hưởng pH mơi trường đến λmax Hình Quy trình chiết tách Anthocyanin từ bắp Hình Dung dịch Anthocyanin chiết tách điều Hình Hình Trước sau chuẩn độ Hình Bước nhảy chuẩn độ anthocyanin Hình Bảng màu dung dịch thay đổi theo pH từ đến 12 Hình 10 So sánh màu giấy pH ngâm t Hình 11 So sánh màu giấy đo pH ngâm tr Hình 12 So sánh màu giấy đo pH từ Anth Hình 13 Giấy đo pH sản xuất từ Anthocy Hình 14 Bảng màu giấy đo pH sản xuất t Hình 15 Mẫu nước lấy Hồ Hàm Nghi Hình 16 Mẫu nước lấy Hồ Cơng viên 29-3 Hình 17 Mẫu nước lấy Cuối nguồn sông Phú Lộc Hình 18.Mẫu nước lấy Sơng Cu Đê Hình 19 Mẫu nước lấy Hồ Hòa Khánh Hình 20 Mẫu nước lấy Hồ Sen ĐH Sư phạm Hình 21.Kết đo pH mẫu nước MỞ ĐẦU Giới thiệu vấn đề nghiên cứu Trong hóa học đặc biệt hóa phân tích, phản ứng chuẩn độ axit – bazo phản ứng vơ quan trọng Vì từ phản ứng chuẩn độ không xác định + tính axit hay bazo mơi trường, nồng độ H mà tính pH mơi trường – yếu tố ảnh hưởng lớn đến điều kiện xảy phản ứng Bên cạnh trước làm phản ứng phân tích việc xác định pH môi trường mẫu cần xếp lên hàng đầu Nhu cầu phản ứng chuẩn độ xác định pH mơi trường cao kéo theo nhu cầu chất thị màu dụng cụ đo pH cao Tuy nhiên chất thị dùng phòng thí nghiệm phenolphtalein, metyl da cam, metyl đỏ hóa chất khó điều chế, độc hại có giá thành cao; giấy đo pH ln tình trạng thiếu hụt nhu cầu lớn, chưa thể đáp ứng kịp thời Trong phòng thí nghiệm, để đảm bảo u cầu an tồn tiết kiệm, đòi hỏi hóa chất dùng làm thị chuần độ axit – bazo dụng cụ pH nhanh, xác, giá thành thấp, dễ điều chế quan trọng, vậy, khóa luận tốt nghiệp “Nghiên cứu điều kiện tối ưu chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tím ứng dụng làm chất thị màu chuẩn độ axit – bazo, sản xuất giấy đo pH” tơi xin phép trình bày trình nghiên cứu dẫn đến kết luận đề xuất chất thị nhằm đáp ứng nhu cầu nghiên cứu học tập sinh viên nghiên cứu khoa học, làm khóa luận tốt nghiệp nói riêng hy vọng hữu ích cho tất bạn sinh viên khoa Hóa nói chung - Mục tiêu đề tài - Tìm điều kiện tối ưu chiết tách anthocyanin từ bắp cải tím - Chiết tách bắp cải tìm điều kiện tối ưu - Ứng dụng chất thị màu chuẩn độ axit – bazo - Sản xuất giấy đo pH từ Anthocyanin Tính cấp thiết đề tài Qua q trình học tập, quan sát thu thập thông tin nhận thấy có nhiều nhóm sinh viên học tập nghiên cứu phòng thí nghiệm khoa Hóa bên cạnh giúp đỡ từ nhà trường nhiều trường hợp bạn phải tự chuẩn bị tự mua hóa chất mà cần dùng Là phản ứng chuẩn độ quan trọng phổ biến hoá học, đặc biệt hóa phân tích, phản ứng chuẩn độ axit – bazo, nhiều sinh viên sử dụng, dẫn đến việc thiếu hóa chất thị điều tất yếu Bên cạnh đó, việc thử pH mơi trường điều nhiều bạn quan tâm học nghiên cứu, nhiên số lượng giấy pH có hạn, bạn phải dùng tiết kiệm phải tự mua - Nhờ việc tìm tòi, học hỏi điều mà sách trường truyền tải hết, nhận thấy việc chế tạo chất thị từ thành phần thiên nhiên tâm nghiên cứu giới Việt Nam - Từ hai quan điểm tơi muốn nghiên cứu, tìm chất thị từ thành phần thiên nhiên dễ tìm, giá thành thấp, phù hợp với tình hình thực tế khoa Hóa loại giấy đo pH rẻ, dễ sản xuất nên qua nhiều thí nghiệm thực nghiệm viết nên báo cáo này, mong nhận góp ý giúp đỡ từ quý thầy cô giáo CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan số chất thị sử dụng chuẩn độ axit - bazơ 1.1.1 Phenolphtalein Phenolphtalein hợp chất hóa học với cơng thức C20H14O4 Phenolphtalein thường sử dụng chuẩn độ, chuyển sang khơng màu dung dịch có tính axit màu hồng dung dịch bazơ (pH = -10) Cơ chế đổi màu phenolphtalein : Phenolphtalein có khoảng chuyển màu từ pH = (khơng màu) đến pH = 9,8 (màu tím hồng) Hình 1 Công thức phân tử phenolphtalein Dạng B: Muối, không màu Dạng lacton: không màu (pH = 8) (pH < 8) Dạng C: Quinon , màu hồng Dạng D: Cacbinol, không màu 3.6 Lập bảng màu dung dịch thay đổi theo pH - Lấy dung dịch anthocyanin chiết tách điều kiện tối ưu cho vào cuvet khác cho dung dịch chiếm ¾ cuvet - Thêm vào cuvet vài giọt dung dịch dãy dung dịch pH tăng dần vừa pha - Quan sát ghi lại thay đổi màu dung dịch anthocyanin cuvet - Lập bảng màu dung dịch anthocyanin thay đổi theo pH Sau nhỏ Anthocyanin vào dung dịch dãy dung dịch có pH tăng dần từ đến 12 ta thấy màu dung dịch chuyển dần từ đỏ sang hồng, xanh vàng: Bảng 3.15 Sự thay đổi màu Anthocyanin theo pH pH Màu đỏ đ mận c Hình Bảng màu dung dịch thay đổi theo pH từ đến 12 3.7 Tìm điều kiện tối ưu sản xuất giấy đo pH từ Anothocyanin Cách tiến hành a) Khảo sát ảnh hưởng pha loãng dung dịch Anthocyanin 35 - Lấy 10, 15, 20, 25ml dung dịch Anthocyanin (*) vào bình định mức 100ml, định mức nước cất đến vạch - Cắt 16 mảnh giấy lọc có kích thước 1x4, mảnh giấy lọc lại đánh số giống số 10; 15; 20; 25 - Rót dung dịch Anthocyanin pha loãng cốc, cốc ngâm mảnh giấy lọc đánh số tương ứng 90 giây o - Đem mảnh giấy lọc sấy 80 C 1h đến khối lượng khơng đổi Rót dung dịch có pH 1;4;7;10 vào cốc khác - Ngâm vào cốc mảnh giấy lọc tẩm Anthocyanin có đánh số khác 90 giây - Lấy mảnh giấy lọc ra, để khô quan sát kết sau: Hình 10 So sánh màu giấy pH ngâm dung dịch Anthocyanin nồng độ khác • Nhận xét: so sánh màu giất pH ngâm tẩm dung dịch Anthocyanin nhận thấy tăng nồng độ dung dịch Anthocyanin 36 thay đổi màu theo pH giấy lọc tăng theo đến nồng độ 30ml anthocyanin/100ml dung dịch bắt đầu giảm xuống • Kết luận: nồng độ dung dịch Anthocyanin 25mlanthocyanin/100ml tối ưu để sản xuất giấy đo pH b) Khảo sát ảnh hưởng thời gian ngâm tẩm giấy lọc Anthocyanin - Lấy 15ml dung dịch Anthocyanin (*) cho vào bình định mức 100ml, định mức nước cất đến vạch - Cắt 16 mảnh giấy lọc có kích thước 1x4, mảnh giấy lọc lại đánh số giống số 60; 90; 120; 150 - Rót dung dịch Anthocyanin pha lỗng cốc, cốc ngâm mảnh giấy lọc đánh số giống Lần lượt ngâm giấy lọc cốc tương ứng với thời gian ghi giấy lọc 60;90;120;150 giây o - Đem mảnh giấy lọc sấy 80 C 1h đến khối lượng khơng đổi Rót dung dịch có pH 1;4;7;10 vào cốc khác - Ngâm vào cốc mảnh giấy lọc tẩm Anthocyanin có đánh số khác 90 giây - Lấy mảnh giấy lọc ra, để khô quan sát thu kết sau: 37 Hình 11 So sánh màu giấy đo pH ngâm Anthocyanin thời gian khác • Nhận xét: so sánh màu giất pH ngâm tẩm thời gian khác dung dịch Anthocyanin nhận thấy tăng thời gian ngâm tẩm dung dịch Anthocyanin thay đổi màu theo pH giấy lọc tăng theo đến thời gian ngâm 120s 150s bắt đầu giảm xuống • c) Kết luận: thời gian ngâm tẩm 90s tối ưu để sản xuất giấy đo pH Khảo sát ảnh hưởng thời gian ngâm giấy pH Anthocyanin dung dịch cần đo - Lấy 15ml dung dịch Anthocyanin (*) cho vào bình định mức 100ml, định mức nước cất đến vạch - Cắt 16 mảnh giấy lọc có kích thước 1x4, mảnh giấy lọc lại đánh số giống số 60; 90; 120; 150 - Rót dung dịch Anthocyanin pha loãng cốc, ngâm 16 mảnh giấy lọc 90 giây o - Đem mảnh giấy lọc sấy 80 C 1h đến khối lượng khơng đổi Rót dung dịch có pH 1;4;7;10 vào cốc khác - Mỗi cốc ngâm mảnh giấy lọc đánh số khác Đếm thời gian - Được 60s lấy mảnh giấy lọc đánh số 60 cốc - Tương tự với 90; 120; 150s - Lấy mảnh giấy lọc ra, để khô quan sát kết sau: 38 Hình 12 So sánh màu giấy đo pH từ Anthocyain thời gian ngâm mẫu khác • Nhận xét: so sánh màu giất pH ngâm vào mẫu thử thời gian khác dung dịch Anthocyanin nhận thấy tăng thời gian ngâm vào mẫu thử thay đổi màu theo pH giấy lọc tăng theo đến thời gian ngâm 120s 150s bắt đầu giảm xuống • Kết luận: thời gian ngâm vào mẫu 90s tối ưu để sản xuất giấy đo pH 3.8 Sản xuất giấy đo pH từ Anthocyanin điều kiện tối ưu Cách tiến hành Lấy 15ml dung dịch Anthocyanin (*) vào bình định mức 100ml, định mức nước cất đến vạch Cắt 16 mảnh giấy lọc có kích thước 1x4 Rót dung dịch Anthocyanin pha loãng cốc, ngâm giấy lọc 90 giây 39 o Đem mảnh giấy lọc sấy 80 C 1h đến khối lượng không đổi Thu kết giấy pH sau: Hình 13 Giấy đo pH sản xuất từ Anthocyanin điều kiện tối ưu 3.9 Lập bảng màu theo pH giấy đo pH sản xuất từ Anthocyanin Cách tiến hành - Đổ dung dịch có pH từ đến 12 vào 12 cuvet khác - Dùng giấy đo pH sản xuất nhúng vào cuvet 120 giây - Quan sát ghi lại thay đổi màu giấy theo pH - Lập bảng màu giấy đo pH từ Anthocyanin - Thu kết bảng màu giấy đo pH sau: 40 Hình 14 Bảng màu giấy đo pH sản xuất từ Anthocyanin Bảng 15 Bảng màu giấy đo pH sản xuất từ Anthocyanin pH Màu đỏ đ mận c 41 3.10 Đo pH số mẫu nước giấy đo pH sản xuất từ Anthocyanin Cách tiến hành - Nhật ký lấy mẫu Bảng 16 Nhật ký lấy mẫu STT Vị trí lấy mẫu Hồ Hàm Nghi Hồ Công viên 29-3 Cuối nguồn sông Phú Lộc Sông Cu Đê Hồ Hòa Khánh Hồ sen ĐH Sư phạm - Dùng chai lấy mẫu lấy mẫu nước cách mặt nước 0,1m - Nhúng giấy đo pH từ Anthocyanin vào mẫu nước 90s - Để khô, so sánh màu giấy với bảng màu lập Kết đo pH mẫu nước thể hình bảng đây: 42 Hình 15 Mẫu nước lấy Hồ Hàm Nghi Hình 16 Mẫu nước lấy Hồ Cơng viên 29-3 Hình 17 Mẫu nước lấy Cuối nguồn sơng Phú Lộc 43 Hình 18 Mẫu nước lấy Sơng Cu Đê Hình 19 Mẫu nước lấy Hồ Hòa Khánh 44 Hình 20 Mẫu nước lấy Hồ Sen ĐH Sư phạm Hình 21 Kết đo pH mẫu nước Bảng 17 Kết đo pH mẫu nước 45 STT 46 KẾT LUẬN Qua khảo sát nghiên cứu, dựa lý thuyết, tài liệu tham khảo thí nghiệm thăm dò, sàng lọc, chọn yếu tố ảnh hưởng đến trình chiết tách anthocyanin từ bắp cải tím: Tỷ lệ dung mơi/ngun liệu, thời gian ngâm tỷ lệ dung môi Từ kết nghiên cứu trên, đưa kết luận điều kiện tốt để chiết chất màu anthocyanin từ bắp cải tím mơi trường trung tính 5g ngun liệu ngâm 105ml Dung môi etanol/nước 75/25 Thời gian ngâm 99 phút Chất thị màu Anthocyanin biến đổi màu dung dịch theo pH.So với chất thị khác khơng có chênh lệch đáng kể nên ứng dụng làm chất thị màu chuẩn độ axit – bazo Khoảng pH thay đổi đột ngột lượng dung dịch chuẩn cho vào từ thiếu đến thừa 0,1% gọi bước nhảy pH đường chuẩn độ (tương đương với khoảng pH từ 3,7 đến 7,1) Khi ứng dụng sản xuất giấy đo pH, kết luận điều kiện tối ưu sản giấy đo pH là: - Ngâm giấy lọc Anthocyanin pha loãng lần 90s sấy khô o 80 C vòng Giấy đo pH ngâm mẫu 90s đem để khô, so sánh với bảng màu thu kết Từ kết luận được, giấy đo pH sản xuất từ Anthocyanin chiết từ bắp cải tím dùng đo pH thay loại giấy pH khác 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Ngọc Tú, Hoá học thực phẩm, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1994 [2] Akio Tsukui, Atsuko Suzuki, Sumi Nagayama and Norihiko Terahara, Stability of anthocyanin pigments from purple leaveas of perilla ocimoides L var.crispa, Nippon Shokuhin Kagaku Kaishi, Vol 43, No.4, 113 – 119 (Article), 1996 [3] Gui, M M., Rodriguez-Saona, Wrolslated Pelargonidin-Based Anthocyanins, J.Agric and Food Chemistry, Vol 47, No.11, 1999 [4] Huỳnh Thị Kim Cúc, Nguyễn Thị Lan, Châu Thể Liễu Trang, Tối ưu hóa điều kiện chiết tách chất màu anthocyanin từ bắp cải tím mơi trường trung tính, Tạp chí Khoa học&Cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 4(12).2005, tr 44-50 Phạm Luận, Sổ tay pha dung dịch, Đại học Tổng hợp Hà Nội, 1987 [5] [6] Lê Thị Mùi, Thí nghiệm phân tích định lượng, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng, 2004 [7] Nguyễn Đình Triệu, Bài tập thực tập phương pháp phổ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2001 [8] Giang Thị Kim Liên, Xử lý số liệu quy hoạch thực nghiệm, Đại học Sư phạm Đà Nẵng 48 ... đề tài - Tìm điều kiện tối ưu chiết tách anthocyanin từ bắp cải tím - Chiết tách bắp cải tìm điều kiện tối ưu - Ứng dụng chất thị màu chuẩn độ axit – bazo - Sản xuất giấy đo pH từ Anthocyanin. .. tốt nghiệp Nghiên cứu điều kiện tối ưu chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tím ứng dụng làm chất thị màu chuẩn độ axit – bazo, sản xuất giấy đo pH tơi xin ph p trình bày trình nghiên cứu dẫn đến... ph ơng ph p leo dốc để tìm điều kiện tối ưu chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tím 2.3.3 Chiết tách Anthocyanin điều kiện tối ưu 2.3.4 Ứng dụng Anthocyanin làm chất thị màu chuẩn độ axit – bazo,