Mục tiêu của luận án đánh giá được nguồn nguyên liệu nụ hòe ở Việt Nam, vận dụng quá trình thiết bị vào nghiên cứu trích ly Rutin với hiệu suất cao, nghiên cứu các quá trình tinh chế Rutin chất lượng cao làm dược phẩm và chất chuẩn.
1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THU HUYỀN KHẢO SÁT NGUỒN NGUYÊN LIỆU, NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU SUẤT TÁCH CHIẾT VÀ CHẤT LƯỢNG RUTIN TỪ NỤ HOA HOÈ VIỆT NAM Chun ngành: Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học Mã số: 62.52.77.01 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI 2010 Cơng trình hồn thành Trung Tâm Giáo dục Phát triển Sắc ký, Bộ mơn Hóa dược bảo vệ thực vật, Bộ mơn Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học - Khoa Cơng nghệ Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: GS.TS PHẠM VĂN THIÊM GS.TSKH PHAN ĐÌNH CHÂU Phản biện I: PGS.TS Phạm Gia Điền Phản biện II: PGS.TSKH Lưu Văn Bôi Phản biện III: PSG.TS Phan Đình Tuấn Luận án bảo vệ Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước họp Trường Đại học Bách Khoa Hà nội vào hồi 00 ngày 09 tháng 12 năm 2010 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin- thư viện, Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH SÁCH CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 1.Nguyen Thi Thu Huyen, Nguyen Minh Tu, Phan Đinh Chau, Pham Van Thiem (2005), “Research of rutin content in Vietnamese flower bud of Sophora Japonica L using UV spectroscopy method”, Tuyển tập cơng trình Hội nghị Khoa học Cơng nghệ Hố Hữu (Tồn quốc, lần thứ III), 370-374 2.Nguyen Thi Thu Huyen, Nguyen Thị Minh Tu, Phan Đinh Chau, Pham Van Thiem (2005), “Research on effects of alkali method for rutin extraction from Vietnamese flower bud of Sophora Japonica L (Hoe buds)”, Regional symposium on Chemical Engineering 2005, 74-77 3.Nguyen Thi Thu Huyen, Pham Xuan Thang, Phan Đinh Chau, Pham Van Thiem (2007), Study on chemical compositons and rutin content in flower buds of Sophora Japonica L by GC-MS and HPLC, Journal of science and technology, Vietnamese academy of science and technology, Vol.45, N01B, 497-502 Nguyễn Thị Thu Huyền, Trần Văn Biển, Phạm Văn Thiêm, Phan Đình Châu (2007), “Nghiên cứu trình chiết rutin từ nụ Sophora Japonica L phương pháp quy hoạch thực nghiệm”, Tạp chí khoa học cơng nghệ, Viện khoa học công nghệ Việt Nam, Tập 45, số 1B, 503-508 5.Nguyen Thi Thu Huyen, Pham Van Thiem, Phan Dinh Chau (2009), “The composition of fruit essential oil and extract of dried bud of Sophora japonica L cultivated in vietnam”, Journal of Science and Technology, Technical Universities, A (72), 79-82 Nguyen Thi Thu Huyen, Phan Dinh Chau, Pham Van Thiem (2009), “Study on the composition of essential oil from flower bud and bud of Sophora Japonica L in Hoabinh and Hungyen provinces”, Journal of Science and Technology, Technical Universities, A (72), 67-70 7.Phan Đình Châu, Bùi Văn Sơn, Nguyễn Thị Thu Huyền (2009), “Nghiên cứu điều chế số dẫn xuất este quercetin”, Tạp chí hóa học, 47 (4A), 28-32 8.Phung Lan Huong, Tran Trung Kien, Nghiem Xuan Son, Le Hoai Nga, Nguyen Thi Thu Huyen, Pham Van Thiem (2010), “Application of dynamic model for ultrasonicassisted extraction from natural products”, in submitted to Chemical engineering & technology, Wiley 9.Nguyen Thi Thu Huyen, Tran Trung Kien, Phung Lan Huong, Pham Van Thiem (2010), Research on extraction process for rutin assisted by ultrasonic, microwave and stir bar techniques, accepted by Journal of science and technology, Vietnamese academy of science and technology, Vol.48, N0 6A, 305-312 10 Nguyen Thi Thu Huyen, Tran Trung Kien, Pham Van Thiem (2010), Applying the dynamic model of Ultrasonic assisted extraction process for study of rutin separation from bud Sophora Japonica L., accepted by Journal of science and technology, Vietnamese academy of science and technology, Vol.48, N0 6A, 296-304 11 Nguyễn Thị Thu Huyền, Phan Đình Châu, Phạm Văn Thiêm (2010), “Nghiên cứu tạo phức rutin-kim loại phương pháp UV-VIS”, chấp nhận Tạp chí khoa học công nghệ, Viện khoa học công nghệ Việt Nam, tập 48, số 6A, 109-115 12 Nguyễn Thị Thu Huyền, Phạm Văn Thiêm, Phan Đình Châu, Nguyễn Hữu Tùng, Đặng Thị Thu, Trần Thị Trang (2010), “Nghiên cứu trình tinh chế rutin thơ hệ thống sắc lý lỏng điều chế”, chấp nhận Tạp chí khoa học công nghệ, Viện khoa học công nghệ Việt Nam, tập 48, số 6A, 447-451 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Rutin dược chất có giá trị sử dụng rộng rãi y học Ngoài khả phục hồi vỡ mao mạch tới 88%, rutin chất chống oxy hóa hiệu sử dụng để điều trị nhiều loại bệnh bệnh tế bào hình liềm, viêm khớp, xơ gan, u hắc tố, [64, 69] Do có nhiều ứng dụng nên rutin khơng quan tâm nghiên cứu sản xuất mà chuyển hóa thành nhiều sản phẩm có giá trị khác polyrutin, troxerutin, quercetin, melin sulfat, phức rutin-kim loại, Từ năm 1947 đến 1950, rutin sản xuất quy mô công nghiệp nhiều quốc gia (Nhật, Mỹ, Úc, ) từ nguồn thực vật nụ hòe, kiều mạch, bạch đàn (Australia), chè xanh, [9] Sở hữu hàm lượng rutin (34-44%) [7], nụ hòe Việt Nam nguồn nguyên liệu giá trị giới Tuy nhiên, hạn chế công nghệ ý thức nguồn tài nguyên chậm từ năm 1962 vấn đề trích ly rutin nụ hòe quan tâm đến kết đạt chưa rõ ràng [2, 3, 4] Đến năm 1995 có dự án sản xuất rutin từ năm 2004 công nghệ sản xuất rutin chào bán mạng internet [15, 41, 44] Tuy nhiên thực tế cho thấy rutin sản xuất nước chủ yếu đạt chất lượng thô (< 95%) Phần lớn nụ hòe rutin thơ đưa sang Trung Quốc qua đường tiểu ngạch với giá thành rẻ Như từ nguồn tài nguyên sẵn có chưa có phương thức khai thác hiệu dẫn đến hiệu kinh tế thấp Thực trạng vấn đề cơng nghệ hay sách? Do hiệu kinh tế mang lại nên từ năm 2006 hòe rutin Đảng nhà nước quan tâm thích đáng Vì vấn đề mà nhiều nhà sản xuất rutin Việt Nam vướng mắc cơng nghệ Nhằm khắc phục tình trạng góp phần sản xuất rutin phục vụ cho nhu cầu làm thuốc chữa bệnh nước xuất khẩu, luận án đặt vấn đề "Khảo sát nguồn nguyên liệu, nghiên cứu nâng cao hiệu suất tách chiết chất lượng rutin từ nụ hoa hoè Việt Nam" Mục đích luận án - Đánh giá nguồn nguyên liệu nụ hòe Việt Nam - Vận dụng trình thiết bị vào nghiên cứu trích ly rutin với hiệu suất cao - Nghiên cứu trình tinh chế rutin chất lượng cao làm dược phẩm chất chuẩn Đối tượng nghiên cứu luận án Đối tượng nghiên cứu q trình trích ly rutin từ nụ hòe Các mẫu nụ hòe sử dụng nghiên cứu mẫu đại trà thu thập số tỉnh trồng hòe đại diện cho năm khu vực tồn quốc Những đóng góp luận án Lần đã: 4.1 Đã khảo sát cách có hệ thống thành phần rutin nụ hòe số vùng trồng đại diện cho khu vực đồng sông Hồng, Đông Bắc, Tây Bắc, Bắc Trung Bộ Tây Nguyên phương pháp trọng lượng, UV-VIS HPLC; đánh giá sai số phương pháp 4.2 Đã nghiên cứu cách hệ thống, định tên thành phần dễ bay nụ hoa hòe, đặc biệt phân đoạn tinh dầu; định tính bán định lượng thành phần hóa học tinh dầu nụ hoa hòe; khác chúng dạng nụ hoa, hai vùng trồng 4.3 Đã nghiên cứu khảo sát cách có hệ thống phương pháp trích ly rutin dung mơi kiềm, alcol, nước tác động giải pháp cơng nghệ khuấy trộn, sóng siêu âm sóng viba (trong lò vi sóng) đến q trình trích ly rutin Đề xuất ba cơng nghệ trích ly rutin có hiệu kinh tế kỹ thuật cao 4.4 Xây dựng mơ hình trích ly rutin có trợ giúp sóng siêu âm, khuấy trộn, sóng vi ba (trong lò vi sóng) phụ thuộc vào tỷ lệ lỏng/rắn (Kv) phù hợp với thực nghiệm 4.5 Tinh chế rutin đạt tiêu chuẩn dược phẩm dùng làm chất chuẩn (hàm lượng 99,39%) Bố cục luận án Luận án dày 196 trang với 61 bảng, 37 hình, sơ đồ, phụ lục Kết cấu luận án: Mở đầu (1 trang); Chương I: Tổng quan (31 trang); Chương II: Nguyên vật liệu, thiết bị phương pháp nghiên cứu (8 trang); Chương III: Thực nghiệm, kết bàn luận (86 trang); Kết luận (1 trang); Danh mục cơng trình cơng bố tác giả (2 trang); Tài liệu tham khảo 86 tài liệu (9 trang); Phụ lục (46 trang) II NỘI DUNG LUẬN ÁN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Đã tổng kết tài liệu hòe, nụ hòe rutin nguồn gốc dược học nó; nguồn nguyên liệu sản xuất rutin; q trình trích ly rutin giải pháp cơng nghệ tăng cường trích ly; tình hình nghiên cứu sản xuất tiêu thụ rutin giới Việt Nam Kết nghiên cứu tổng quan cho thấy: Do nguyên liệu nên nghiên cứu trích ly rutin nước khác hầu hết từ kiều mạch Các nghiên cứu nước thành phần hóa học nụ hòe chủ yếu với mục đích chiết phân lập flavonoit Phân đoạn hợp chất dễ bay (như tinh dầu nụ, hoa hòe) chưa đề cập đến Bên cạnh đó, số liệu đánh giá thành phần rutin nụ hòe vùng tồn quốc chưa đầy đủ nên chưa có kết luận cụ thể quy hoạch vùng nguyên liệu Những nghiên cứu trích ly rutin thường tập trung vào khảo sát dung mơi, đề cập đến hỗ trợ công nghệ Phương pháp tinh chế rutin thông thường đạt hiệu kỹ thuật định Sở hữu nguồn nguyên liệu chất lượng cao (nụ hòe), lĩnh vực sản xuất rutin Việt Nam phát triển nhiên nhiều vấn đề bất cập: tồn nhiều sở sản xuất với đầu tư quy mô chênh lệch, sử dụng cơng nghệ trích ly khác nhau, chất lượng sản phẩm không đồng đều; rutin chủ yếu bán dạng thơ (hàm lượng < 95%); chưa có nghiên cứu sử dụng phương pháp tinh chế khác để đưa rutin đến mức độ tinh khiết cao CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Thu thập nguyên liệu nghiên cứu Mẫu nghiên cứu thu thập tỉnh trồng hòe đại diện cho vùng trồng thuộc khu vực: đồng sơng Hồng (Hưng n, Thái Bình, Hà Nội), Đơng Bắc (Thái Ngun, Móng Cái), Tây Bắc (Hòa Bình), Bắc Trung Bộ (Nghệ An), Tây Ngun (Đăk Lăk) Mẫu có hai dạng, dạng phơi khơ tự nhiên dạng (ký hiệu dạng sao: *) 2.2 Thiết bị sử dụng nghiên cứu - Hàm lượng rutin đánh giá hệ thống HPLC DAD-7000 (MerckHitachi) trường ĐH Khoa học tự nhiên (ĐH Quốc gia Hà Nội) Ngồi định lượng rutin thực hệ thống HPLC SPD-M10A vp (Shimadzu, Nhật); phân tích thành phần tiến hành hệ thống GC-MS 2010 (Shimadzu, Nhật); trích ly rutin tiến hành thiết bị siêu âm TPC-280 (30kHz, 400Weff/800Wpeak), I5GE039 (25kHz, 400Weff/800Wpeak ), LC 60H (35kHz, 00Weff/600Wpeak), máy khuấy Keurostar, lò vi sóng Sharp R228H (800W); tinh chế rutin hệ thống Pre-HPLC HP1100 (Agilent, Mỹ) Các thiết bị đặt PTN Vilas 335, ĐH Bách Khoa Hà Nội - Phổ khối, phổ 1H-NMR, 13C-NMR, DEPT, HMQC HMBC rutin sản phẩm ghi máy Avance 500 MHz, Bruker, Đức Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Phân tích kim loại rutin thực máy ICP-MS, Elan-DRCe, Perkin Elmer Viện khoa học Công nghệ Môi trường - ĐH Bách Khoa Hà Nội - Ngồi nghiên cứu sử dụng số vật liệu, dụng cụ, thiết bị khác 2.3 Phương pháp nghiên cứu - Loại bỏ tạp chất, nụ không đạt đưa mẫu phân bố kích thước, xử lý mẫu (nghiền, xay1,2); xác định độ ẩm, phân bố tập hợp hạt khối lượng riêng ướt hạt hòe - Chiết phân tích thành phần nụ hòe, thành phần tinh dầu nụ hoa hoè kỹ thuật GC-MS - Đánh giá hàm lượng rutin số vùng trồng, thời gian bảo quản, dạng chế biến Đánh giá phương pháp phân tích rutin (phương pháp trọng lượng, UV-VIS HPLC) - Nghiên cứu cơng nghệ trích ly rutin: Lựa chọn dung mơi, kích thước ngun liệu, tỷ lệ lỏng/ rắn; đánh giá trợ giúp công nghệ (khuấy trộn, siêu âm, sóng vi ba (lò vi sóng)) Mỗi yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly rutin khảo sát khoảng lựa chọn tìm điểm tối ưu khoảng Sử dụng ngơn ngữ lập trình Matlab phương pháp thống kê quy hoạch thực nghiệm để xử lý số liệu thực nghiệm q trình trích ly - Nghiên cứu cơng nghệ tinh chế rutin: Đánh giá hiệu trình kết tinh rutin số dung mơi triển khai nghiên cứu hệ dung môi; thực tinh chế rutin sắc ký cột, sắc ký lỏng điều chế - Đánh giá sản phẩm: xác định vài thơng số sản phẩm trước sau tinh chế, phân tích cấu trúc sản phẩm CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Đánh giá trữ lượng chất lượng nụ hòe Việt Nam 3.1.1 Điều tra trữ lượng nụ hòe Nước ta có ba vùng trồng hòe Thái Bình (> 4.500tấn/năm [10]), Nghệ An (> 3.333tấn/năm [24]) Tây Nguyên Cho đến chưa có số thống kê xác sản lượng nụ hòe tồn quốc với suất hòe khơ trung bình 1tấn/ha/năm sản lượng hòe khơ nước ước tính vào khoảng 15.000tấn/năm 3.1.2 Đánh giá số thơng số mẫu nghiên cứu Kết đánh giá tạp chất (X1), nụ không đạt quy cách (X2) độ ẩm (A) mẫu sau thu thập trình bày bảng 3.1 Để giảm bớt sai số nghiên cứu, yếu tố loại bỏ mẫu quy phân bố chung bảng 3.2 Nụ hòe Thái Bình lựa chọn làm nguyên liệu để nghiên cứu thành phần hóa học q trình trích ly rutin Bảng 3.1: Thành phần tạp độ ẩm mẫu hòe STT Mẫu X1 (%) X2 (%) A (%) ĐL-KB 2,12 4,20 9,95 ĐL-EK 2,43 5,90 9,93 NA 1,83 5,00 9,66 NA* 1,72 5,08 9,56 TN 2,05 4,20 10,35 TB 2,90 5,10 12,34 TB2,5 3,53 4,98 13,98 TB3,5 5,32 5,13 17,12 HB 2,29 6,10 13,59 10 HY 2,25 4,00 9,16 11 MC 2,07 5,20 11,61 12 HN 2,37 5,50 6,20 *: dạng Bảng 3.2: Phân bố dạng nụ mẫu nghiên cứu Nụ Nụ nhỡ Nụ TB Nụ to (< 1mm) (1mm) (1,5mm) (>2mm) Khối lượng (g) 0,06 8,273 0,536 1,131 Tỷ lệ (%) 0,6 82,73 5,36 11,31 Dạng nụ Chia nhỏ mẫu nụ hòe Thái Bình cách nghiền xay1,2 (1 cấp độ xay nhỏ nụ hòe) Kết xác định phân bố tập hợp hạt khối lượng riêng ướt hạt hòe bảng 3.61 cho thấy: bề mặt tiếp xúc pha (K2) tập hợp hạt nghiền > tập hợp hạt xay2 > tập hợp hạt xay1 Khối lượng riêng ướt trung bình hạt hòe xay1, (nghiền) 1141 kg/m3 10 Bảng 3.61: Đặc trưng tập hợp hạt hoè di.10-3 Tập hợp hạt (m) Nghiền Xay2 Xay1 1 mi (g) 0,023 1,246 2,462 4,144 2,075 0,050 σi (%) 41,44 20,75 0,23 12,46 24,62 ρh (m2/kg) (kg/m3) 28,968 0,5 mi (g) 1,011 1,148 2,103 5,362 0,376 σi (%) 10,11 11,48 21,03 53,62 mi (g) 0,059 0,270 0,799 4,799 4,074 σi (%) 0,59 7,99 47,99 40,74 2,70 K2 20,079 3,76 1141 9,331 * Số liệu gộp từ bảng 3.3; 3.4; 3.43 3.1.3 Nghiên cứu thành phần hóa học nụ hòe Việt Nam 3.1.3.1 Nghiên cứu thành phần dễ bay nụ hoa hoè 81 cấu tử (thuộc 12 nhóm chất) phát từ phần chiết metanol, n-hexan clorofoc nụ hòe Thái Bình, có nhiều cấu tử giá trị Phần chiết metanol nụ hòe phát nhiều chất (33 cấu tử với flavonoit) Do metanol dùng làm dung mơi trích ly rutin pha trích có nhiều cấu tử không mong muốn, đặc biệt flavonoit Tinh dầu nụ, hoa hòe có màu trắng, hàm lượng tinh dầu thấp hoa nụ (chiếm 0,02 % nụ 0,01% hoa) Có 29 cấu tử phát monoterpen nhiều sesquiterpen, sesquiterpen oxy hóa diterpen oxy hóa tìm thấy phân đoạn Có khác biệt lượng lẫn chất tinh dầu hoa nụ, hai vùng trồng khác 3.1.3.2 Đánh giá thành phần rutin nụ hòe a/ Thành phần rutin nụ hòe theo vùng trồng, phương pháp sơ chế Kết bảng 3.14 cho thấy: Thành phần rutin nụ hòe Việt Nam khác theo vùng trồng, chiếm khoảng 29,94 - 35,20% (KLK) nụ; cao hòe Thái Bình (35,20%), Thái Ngun (34,03%); thấp hòe Hà Nội (29,94%); chiếm 32,29 - 32,59% hòe Đăk lăk; 30-31% 13 pH = 8) để trích ly rutin điều kiện (Kv, 1260C) với trích ly rutin 100 3,0 H tn(%) -3 qtn.10 (kg) nước hiệu suất trích ly bị giảm 15,39% (hình 3.8) 2,5 2,0 60 1,5 40 1,0 20 0,5 0,0 80 100 105 110 115 120 125 130 T ( C) Nuoc Dung dich kiem Dung mơi Hình 3.7: Quan hệ nhiệt độ trích Hình 3.8: Hiệu suất trích ly rutin ly lượng rutin nước dung dịch kiềm (NaOH, pH = 8) 1260C qtn.10 (kg) b/ Trích ly có trợ giúp sóng siêu -3 âm sóng vi ba Do rutin không tan nước lạnh nên nhiệt độ thường có 2,0 vi song 1,6 1,2 trợ giúp siêu âm (LC 60H, 0,8 35kHz) hiệu suất trích ly rutin 0,4 10 phút 10% Ở Kv = 0,0 siêu âm 10 Thoi gian (phut) 20kg/kg (rất thấp), phút trích ly 51,19% lượng rutin Hình 3.9: Ảnh hưởng sóng siêu âm sóng vi ba đến qtn (nước) ngun liệu (hình 3.9) So với q trình trích ly nước 1000C (trong nồi hấp điều khiển nhiệt áp suất) dù Kv lớn gấp 2,2 lần sau 30 phút trích ly 62,22% lượng rutin nguyên liệu Như trích ly rutin nước lò vi sóng tiết kiệm thời gian trích ly Hiệu tác động sóng vi ba làm nước nội cấu trúc hạt hòe đốt nóng nhanh, tạo điều kiện cho rutin hòa tan nhanh vào dung mơi 14 3.2.1.2 Trích ly rutin dung dịch NaOH nhiệt dộ thường Ảnh hưởng yếu tố đến q trình trích ly trình bày hình 3.10÷3.13 Điều kiện trích ly tốt khảo sát NaOH nồng độ 16,67%, pH (pha trích) = Sau thời gian trích ly 3h, hiệu suất trích ly đạt -3 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 qtn.10 (kg) -3 qtn.10 (kg) 74,70% với hàm lượng rutin 72,61% 0,5 0,0 Thoi gian (h) 10 15 20 25 CNaOH(%) Hình 3.11: Ảnh hưởng nồng độ NaOH đến lượng rutin trích ly th HL (%) -3 2,0 1,0 trích đến lượng rutin trích ly qtn.10 (kg) 2,5 1,5 Hình 3.10: Ảnh hưởng τ ngâm 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 3,0 100 80 60 40 20 0 pH Hình 3.12: Ảnh hưởng pH đến lượng rutin trích pH Hình 3.13: Ảnh hưởng pH (1÷6) đến hàm lượng rutin thơ 3.2.1.3 Trích ly rutin dùng nước vôi kết hợp với Borax Nước vôi (Ca(OH)2 bão hòa) khơng trích ly rutin (hiệu suất đạt 5,37%) thêm borax với lượng nhỏ (%o) hiệu trích ly rutin cải thiện lớn Ảnh hưởng nồng độ borax thời gian đến 15 q trình trích ly rutin hình 3.14 - 3.15 Nồng độ borax phù 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 qtn.10-3(kg) qtn.10-3(kg) hợp Cborax= 4%o Cborax(%o) Hình 3.14: Ảnh hưởng nồng độ borax đến lượng rutin trích ly Thoi gian (h) Hình 3.15: Ảnh hưởng thời gian trích đến lượng rutin trích ly Q trình trích ly rutin với lớp dung mơi chuyển động (nước vơi-borax 4%o), pha trích axit hóa đến pH = cho hiệu suất trích ly đạt 93,12% sau 3,5h với hàm lượng rutin 80,33% * Cơng nghệ trích ly rutin nước vơi kết hợp với borax 4%o Nụ Hòe xay2 đưa vào thùng chứa Dung dịch nước vôi + borax 4%o chảy qua thùng chứa nguyên liệu liên tục với tốc độ chậm Dịch chiết từ thùng nguyên liệu thu gom vào bể chứa Sau thời gian trích ly, kiểm tra dịch chiết từ thùng nguyên liệu HCl 20% không thấy rutin kết tủa ngừng cấp dung mơi, thay ngun liệu Tồn pha trích bể thu gom bổ sung HCl 20% để đưa pH dung dịch xuống Sau 30-40phút (rutin thơ kết tủa hồn tồn), hỗn hợp đưa vào máy lọc khung Tại rutin thô vừa ép lọc, vừa rửa nước Rutin sau ép đưa vào buồng sấy nhiệt độ 600C đến khơ Sản phẩm đóng bao nilon kín 16 Nước Vơi sống Borax Nước vơi Bơm TB chiết 1 Axit HCl 20% TB chiết TB chiết n TB chiết Bể chứa dịch chiết Bơm Lọc khung Nước Buồng sấy Rutin Sơ đồ 3.2: Sơ đồ cơng nghệ trích ly rutin nước vơi - borax * Ảnh hưởng dung mơi trích ly đến chất lượng rutin: Ảnh hưởng phản ánh qua kết phân tích kim loại kỹ thuật ICP-MS Kết bảng 3.30 cho thấy rutin sản phẩm có xuất Ca, Na, B lượng vết số kim loại khác Quá trình tinh chế làm giảm hàm lượng Ca, Na, B chưa loại bỏ hoàn toàn kim loại Bảng 3.30 Kết phân tích Na, B, Ca rutin ICP-MS Mẫu Ca (mg/kg) Na (mg/kg) B (mg/kg) Rutin 75,74% 2986,514 1002,398 8931,053 Rutin 80,01% 2649,744 815,707 135,201 Rutin 98,01% 658,108 136,655 90,284 17 3.2.1.4 Nghiên cứu trích ly rutin dung mơi etanol Kết nghiên cứu hình 3.16 -3.17 cho thấy: etanol 70% trích ly rutin tốt etanol 50% 60% Trích ly rutin etanol có trợ giúp siêu âm (LC 60H, 35kHz) hiệu trích ly khơng siêu âm Ở điều kiện Cetanol = qtn.10 (kg) -3 sieu am khong sieu am 2,0 -3 qtn.10 (kg) 70%, τ = 40 phút, Kv = 20 (g/g) hiệu suất trích ly rutin đạt 66,88% 1,5 1,0 0,5 0,0 50 60 70 Cetanol(%) Hình 3.16: Kết trích ly rutin etanol (khơng/ có siêu âm) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 khơng siêu âm có siêu âm 20 30 40 50 60 Thoi gian (phut) Hình 3.17: Thời gian lượng rutin trích ly (khơng/có siêu âm) qtn.10 (kg) 3.2.1.5 So sánh q trình trích ly -3 rutin siêu âm dung môi Kết nghiên cứu trích ly siêu âm rutin (LC 60H, 35kHz) số dung môi điều kiện cho thấy: hiệu suất trích ly giảm dần theo thứ tự dung môi metanol, NaOH 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Etanol 70Etanol NaOH Metanol Dung môi 16,67%, etanol 96%, etanol 70% Trích ly rutin có trợ giúp sóng siêu Hình 3.18: Trích ly siêu âm rutin âm cho hiệu cao phụ thuộc số dung môi nhiều vào dung môi 3.2.2 Lựa chọn dung mơi cơng nghệ trích ly Những khảo sát cho thấy dung mơi vấn đề then chốt trích ly rutin Kết trích ly rutin số dung môi tổng kết bảng 3.33 Sử 18 dụng nước vơi + borax 4%o trích ly rutin cho hiệu kinh tế cao nước thải q trình ảnh hưởng lớn đến mơi sinh Metanol dung mơi trích ly rutin hiệu kinh tế lẫn kỹ thuật nên trích ly rutin metanol nghiên cứu hai trợ giúp công nghệ dễ triển khai công nghiệp khuấy trộn siêu âm Bảng 3.33: Kết tổng kết q trình trích ly PP trích Trích ly T0 cao Trích ly lò vi sóng Ngâm trích T0 thường Trích ly T0 thường với dung mơi chuyển động Trích ly nhiệt độ sơi dung mơi Trích ly siêu âm Dung mơi điều kiện Nước; τ= 40phút, Kv = 20, T0 = 1260C Nước kiềm; τ = 40phút, Kv = 20ml/g, T0 = 1260C Nước; τ = 4phút, Kv = 20ml/g, T0 = 1000C NaOH; CNaOH = 20%, τ = 3h, pH (dịch lọc) = Nước vôi + borax 4%o; τ = 3,5h, pH = Etanol; Cetanol = 70% Kv= 20 ml/g, τ = 40phút Etanol- siêu âm CEtanol = 70%, Kv = 20 ml/g, τ = 30phút Metanol, Kv = 20ml/g, τ = 2,5h, 35kHz Htn (%) 82,68 HLth (%) 58,41 67,29 56,77 51,19 71,61 74,70 72,61 93,12 80,33 52,16 71.2 64,83 73,03 91,5 80,31 3.2.3 Nghiên cứu cơng nghệ trích ly rutin có trợ giúp khuấy trộn Kết quy hoạch thực nghiệm trình bày bảng 3.35 Chương trình quy hoạch thực nghiệm (tuyến tính, phi tuyến) tối ưu hóa 3, biến hai mức tối ưu xây dựng ngơn ngữ Matlab Trên sở đó, phương trình hồi quy thực nghiệm q trình trích ly có khuấy trộn tìm cho lượng rutin trích ly ^ Y = 2,516+ 0,364x1 + 0,434x2 − 0,676x3 ; cho hiệu suất trích ly rutin ^ Y = 58,71 + 8,53 x1 + 10,17 x − 15,79 x3 Ở điều kiện tối ưu tìm thấy (Kv = 19 20 ml/g; V = 200 vòng/phút) thời gian trích ly τ = 180 phút hiệu suất trích ly đạt 92,02% Bảng 3.35: Kế hoạch thực nghiệm bậc hai mức tối ưu TT x1 x2 x3 z1 z2 z3 HLth (phút) (ml/g) (vòng/phút) (%) Htn qtn (g) (%) - - - 60 10 200 57,65 1,343 43,52 + - - 180 10 200 71,69 2,722 88,21 - + - 60 20 200 69,94 2,364 76,60 + + - 180 20 200 69,78 2,768 89,69 - - + 60 10 400 48,21 0,985 31,91 + - + 180 10 400 46,70 0,942 30,53 - + + 60 20 400 71,11 1,503 48,72 + + + 180 20 400 70,35 1,868 60,53 51,49 1,253 40,61 61,01 1,584 51,34 54,01 1,371 44,43 10 0 120 15 300 11 qtn.10 (kg) 3.2.4 Nghiên cứu công nghệ -3 trích ly rutin có trợ giúp siêu âm 3.2.4.1 So sánh q trình trích ly rutin siêu âm khuấy trộn Kết hình 3.19 cho thấy: thời gian trích ly, lượng rutin trích q trình trích ly có trợ giúp siêu âm (35kHz, 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 siêu âm-35kHz Kh-200vong/phut 50 100 150 200 250 Thoi gian(phut) công suất âm 300Weff/600Wpeak) Hình 3.19: Ảnh hưởng siêu âm hiệu trợ giúp khuấy trộn khuấy trộn đến qtn (metanol) (200vòng/phút) Ở thời điểm đầu trình trích ly (0-60 phút), hiệu siêu âm khuấy trộn không đáng kể, từ 60 phút đến 270 phút siêu âm 20 hẳn khuấy trộn Để đạt hiệu suất trích ly ≈ 90% trích ly siêu âm 120phút trích ly khuấy trộn 240phút Thời điểm pha trích bắt đầu đạt bão hòa trích ly siêu âm 180 phút, trích ly khuấy trộn 240 phút Như trích ly dùng siêu âm tiết kiệm thời gian so với khuấy trộn 3.2.4.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trích ly siêu âm a/ Ảnh hưởng độ mịn nguyên liệu Bảng 3.37: Ảnh hưởng độ mịn dược liệu đến q trình trích ly rutin STT Mẫu q0 (g) HLth (%) qtn (g) Htn (%) Nghiền 4,030 70,71 2,849 92,34 Xay2 3,717 75,14 2,793 90,52 Xay1 3,296 80,93 2,668 86,46 Kết trích ly siêu âm rutin điều kiện từ nguyên liệu với độ mịn khác thiết bị I5GE039 (25kHz) (bảng 3.37) cho thấy: qtn(hạt nghiền) >qtn(hạt xay2) >qtn(hạt xay1) độ tinh khiết rutin sản phẩm ngược lại: HLth (hạt nghiền) < HLth (hạt xay2) < HLth (hạt xay1) Phương pháp xay hai lần (xay2) nghiên cứu phương pháp chia nhỏ nụ hòe cho nguyên liệu phù hợp q trình trích ly rutin thực tế b/ Ảnh hưởng tỉ lệ dung Hình 3.22: Ảnh hưởng Kv đến q trình trích ly siêu âm 30kHz mơi/ngun liệu (Kv) Kết trích ly rutin siêu âm (TPC-280, 30kHz) cho thấy hiệu suất trích ly tăng Kv tăng (hình 3.22) Xét Kv = 15,836kg/kg Kv = 19,795kg/kg, Kv tăng 1,25 lần hiệu suất trích ly tăng 0,24% nên giá trị Kv phù hợp cho trình 15,836(kg/kg) 21 c/ Ảnh hưởng công suất âm tần số siêu âm Trong điều kiện trích ly siêu âm, q trình trích ly tần số cao hiệu hơn, trích ly thiết bị có cơng suất âm lớn hiệu trích ly tốt (hình 3.24). Với Kv = 15,836 (kg/kg), thời điểm q trình trích ly bắt đầu Hình 3.24: Đồ thị q = f(ln(t)) Kv = 15,836 (kg/kg) 35kHz, 25kHz, 30kHz bão hòa tần số 25kHz (I5GE039) 30phút; 30kHz (TPC-280) 25phút 35kHz (LC 60H) 180phút Q trình trích ly siêu âm (30kHz) khoảng 25 phút hiệu suất đạt 96,23% Độ tinh khiết sản phẩm phụ thuộc vào tần số siêu âm, cơng suất âm, nhìn chung bị giảm kéo dài thời gian trích ly Hàm lượng rutin sản phẩm nghiên cứu khảo sát 55-70% 3.2.5 Xây dựng mơ hình động học xác định thơng số mơ hình cho q trình trích ly rutin 3.2.5.1 Mơ hình động học q trình trích ly siêu âm rutin a/ Xây dựng mơ hình trích ly siêu âm tần số 30kHz Mơ hình động học q trình trích ly rutin từ hòe xay , 250C, tần số 30kHz xây dựng từ q=K 30 kHz −t ⎛ 30 kHz T ⎜1 − e ⎜ ⎝ ⎞ ⎟ Với: K 30kHz = 0,311K v 0,3557m ⎟ 0,311K v + ⎠ T 30 kHz = Kv 0,581( 0,311 K v + 1) kết thực nghiệm Kv= 15,836 kg/kg 7,918 kg/kg có dạng bên Kiểm chứng mơ hình Kv = 11,877kg/kg, kết cho thấy mơ hình hồn tồn phù hợp với thực nghiệm Trên sở mơ hình trích ly rutin thiết lập được, dựng đồ 22 thị thực nghiệm mơ cho q trình trích ly rutin Kv với sai số thấp 0,8% sai số cao 2,8% b/ Xác định thơng số mơ hình trích ly siêu âm tần số 35kHz, 25kHz Từ mơ hình trích ly rutin tần số 30kHz, áp dụng tính tốn thơng số mơ hình cho q trình trích ly rutin tần số 35kHz 25kHz Kết xác định thơng số mơ hình trích ly siêu âm ba tần số (35kHz, 30kHz, 25kHz) tổng kết bảng 3.63 cho thấy số cân số trích ly ( K X cb K X tl ) giảm tần số công suất âm giảm Bảng 3.63: Các thông số mơ hình trích ly rutin từ hạt xay2 35kHz, 30kHz, 25kHz 35kHz 25kHz 0,3557 20,079 2,907 2,911 34,904 6,882 X K1 (%) Kx22 (m2/kg) KX 10-3 (kg) TX (phút) X K cb (kg/kg) X K tl K 0,282 0,284 0,311 0,082 0,419 0,581 0,004 0,021 0,029 X (kg/m phút) Mơ hình Kv = 15,836 (kg/kg) Mơ hình phụ thuộc vào Kv −t ⎞ ⎛ 34 q = 2,907.10 ⎜1 − e ,904 ⎟ ⎟ ⎜ ⎠ ⎝ −3 ( H = 81,704 − e − , 028 t ) −t ⎛ ⎞ , q = 2,911.10 ⎜1 − e 882 ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ −3 ( H = 81,809 − e −0,146t ) −t ⎛ ⎞ ⎜ q = K ⎜ − e T ⎟⎟ ⎝ ⎠ 0,284Kv K= 0,3557m 0,284Kv +1 K= 0,282K v 0,3557m 0,282K v + T = Kv Kv T = 0, 419 ( 0, 284 K v + 1) , 082 ( , 282 K v + 1) *: Số liệu gộp từ bảng 3.46; 3.47 2,957 4,597 x2 (phút-1) K tl 30kHz −t ⎛ ⎞ 4,597 ⎟ ⎜ q = 2,957.10 − e ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ −3 ( H = 83,122 − e −0, 218t ) K= 0,311K v 0,3557m 0,311K v + T = Kv 0,581(0,311 K v + 1) 23 c/ Tính tốn thơng số mơ hình trích ly rutin 25kHz cho tập hợp hạt hòe nghiền, xay1,2 Các thơng số mơ hình trích ly rutin từ tập hợp hạt nghiền (xay2,1) 25kHz trình bày bảng 3.48 Kết phản ánh: thời gian để đạt bão hồ pha trích tỷ lệ nghịch với bề mặt riêng pha rắn Ở điều kiện trích ly, thời gian để đạt bão hòa pha trích theo loại nguyên liệu: τ (hạt nghiền)< τ (hạt xay2) < τ (hạt xay1) Khi kích thước hạt nguyên liệu nhỏ Kcb nhỏ, dùng ngun liệu có độ mịn cao khơng cần trợ giúp siêu âm Bảng 3.48: Các thơng số mơ hình trích ly hạt nghiền, xay2,1 25kHz Các thông số dđạidiện.10-3 (m) K2 (m2/kg) T (phút) Kcb (kg/kg) K.10-3 (kg) Ktl (kg/m2phút) Mô hình Kv = 15,836(kg/kg) Hạt nghiền Hạt xay2 Hạt xay1 0,023 0,065 0,1 28,968 5,190 0,254 2,849 20,079 6,882 0,284 2,910 9,331 8,056 0,570 3,202 0,021 −t ⎛ ⎞ 5,190 ⎟ ⎜ q = 2,849.10 1− e ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ −3 ( H = 80,089 − e −0 ,193 t ) −t ⎛ ⎞ , q = 2,910.10 ⎜1− e 882 ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ −3 ( H = 81,810 − e −0,146t −t ⎛ q = K ⎜⎜ − e T ⎝ Mơ hình phụ thuộc vào Kv K= 0,254K v 0,3557m 0,254K v + T= Kv 0,608(0,254 K v + 1) K= ) −t ⎛ ⎞ 8,056 ⎟ ⎜ q = 3,202.10 − e ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ −3 ( H = 90,026 − e −0 ,124 t ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ 0,284K v 0,3557m 0,284K v + K= 0,570K v 0,3557m 0,570K v + Kv 0,422(0,284K v + 1) T= Kv 0,196(0,570K v + 1) T= 3.2.5.2 Mơ hình động học q trình trích ly rutin có trợ giúp sóng vi ba (lò vi sóng) khuấy trộn ) 24 Mơ hình động học thơng số mơ hình cho q trình trích ly rutin trợ giúp siêu âm khuấy trộn trình bày bảng 3.49. Bảng 3.49: Các thơng số mơ hình trích ly rutin khuấy trộn lò vi sóng Các thơng số Sóng vi ba (lò vi sóng) dung mơi nước 3,981 1,163 0,017 Khuấy trộn dung môi metanol 3,470 61,25 0,225 K.10-3 (kg) 1,581 2,778 Ktl (kg/m2phút) 0,198 0,173 Ktl.K2 (phút-1) T (phút) Kcb (kg/kg) ⎛ q = K ⎜⎜ − e ⎝ Mơ hình phụ thuộc vào Kv K vs = 0,017 K v 0,3557m 0,017 K v + T vs = Kv 3,981 ( ,017 K v + 1) K kh ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ −t T = , 225 K v ,3557 m , 225 K v + T kh = Kv 3,470 (0,225 K v + 1) 3.3 Nghiên cứu công nghệ tinh chế rutin Tinh chế rutin chất lượng cao gặp khó khăn do: tính tan tạp chất gần giống rutin, khuynh hướng hút bám tạp chất lên rutin kết tinh, khuynh hướng hình thành tinh thể hỗn hợp rutin - tạp chất tương đồng cấu trúc tạp chất rutin (thường chất có khung flavol) Chính mà q trình tinh chế thơng thường đạt hiệu định 3.3.1 Tinh chế rutin phương pháp kết tinh Kết tinh chế rutin thô hàm lượng 75,74% (rutin 1) phương pháp kết tinh lại liên tiếp hệ dung môi đưa hàm lượng rutin lên 98,01% (SP 1), đạt TCDĐ Đây phương pháp tinh chế đơn giản kinh tế (sơ đồ 3.4) 25 Bột rutin thơ Metanol Lọc nóng (màng lọc) Dịch lọc Cấp nhiệt Dung môi Hạ nhiệt Dung môi Cất phân đoạn dung môi Rutin kết tủa Sơ đồ 3.4: Sơ đồ công nghệ tinh chế rutin 3.3.2 Tinh chế rutin sắc ký cột Tinh chế rutin sắc ký cột cho hàm lượng rutin tăng 26,81% (từ 69,78 (rutin 2) lên 96,59% (SP 2)) với hiệu suất tinh chế đạt 65,68% 3.3.3 Tinh chế rutin sắc ký lỏng điều chế Quá trình tinh chế lặp lại máy sắc ký lỏng điều chế đưa rutin thô từ hàm lượng ban đầu 80,01% (rutin 3) lên 99,39% Như hồn tồn tinh chế rutin làm chất chuẩn sắc ký lỏng điều chế 3.4 Đánh giá chất lượng rutin sản phẩm 3.4.1 Đánh giá rutin trước sau tinh chế Kết đánh giá vài thông số mẫu rutin trình bày bảng 3.58 So với tiêu chuẩn cho phép hàm lượng kim loại nặng (≤ 0,001%) rutin SP có tổng kim loại Ca, Na, B nằm giới hạn cho phép. Rutin sau tinh chế (SP SP 3) đạt tiêu chuẩn dược điển Việt Nam dược điển châu Âu. 26 Bảng 3.58: Một số thông số rutin sản phẩm trước sau tinh chế Sản Chất Tổng Ca, Độ ẩm Tro sulfat Quercetin Rutin phẩm màu Na, B (%) (%) (%) (%) (%) Rutin có 127,55.10-4 8,75 4,24 10-5 3,12 75,74 Rutin có 9,52 4,98 10-5 3,59 69,78 35,88.10-4 7,56 3,11 10-5 3,57 80,01 8,84.10-4 3,21 1,8 10-5 1,15 98,01 Rutin SP - SP vết 4,12 2,05 10-5 1,87 96,59 SP - 3,05 1,21 10-5 0,56 99,39 3.4.2 Phân tích cấu trúc sản phẩm -: Không phát hiện OH Phân tích sản phẩm sau tinh 5' chế hệ thống HP 5989B 6' 1' 611 Từ kết giải phổ 1H- 13 C-NMR, phổ 2D- HO O 2' O HO O O g5 g3 HO O O g2 HO thức cấu tạo sản phẩm xác r6CH g1 10 HMQC, 2D-HMBC cơng OH 3' MS xác định số khối NMR, phổ 4' g1 r2 g6 OH g4 r5 r4 OH r3 OH OH lập trình bày hình 3.18 Hình 3.30: Cơng thức cấu tạo rutin sản So sánh với số liệu công phẩm từ kết giải phổ bố cấu trúc hóa học rutin khẳng định cấu trúc rutin Như phương pháp hóa lý sử dụng q trình trích ly tinh chế không làm cấu trúc rutin biến đổi KẾT LUẬN Trữ lượng nụ hòe khơ Việt Nam khoảng 15.000tấn/năm, tập trung chủ yếu ba vùng Thái Bình, Nghệ An Tây Nguyên Đã phát 81 hợp chất dễ bay phần chiết nụ hòe; định tính 29 cấu tử phân đoạn tinh dầu nụ, hoa hòe đồng thời tìm thấy khác tinh dầu hoa tinh dầu nụ hai vùng trồng 27 Thành phần rutin nụ hòe Việt Nam vào khoảng 29,94 ÷ 35,20% (KLK); đạt cao nụ hòe Thái Bình, Thái Ngun (34,03 ÷ 35,20%) nụ dạng (38,58%) Rutin nụ hòe bị giảm 26,28% phát triển thành hoa; giảm 2,54% từ dạng phơi sang dạng khô giảm tới 55,21% bảo quản điều kiện thường (3,25 năm) Nguồn nguyên liệu tốt trữ lượng chất lượng nụ hòe Thái Bình Trong ba cơng nghệ trích ly rutin đạt hiệu kinh tế kỹ thuật cao tìm được: trích ly rutin với lớp dung mơi chuyển động (nước vơi-borax 4%o), trích ly rutin metanol có khuấy trộn, trích ly siêu âm rutin metanol cơng nghệ trích ly siêu âm rutin metanol phương án sản xuất hiệu đại (hiệu suất đạt 96,23%, hàm lượng rutin 55-70%) Trên sở phần mềm quy hoạch thực nghiệm (tuyến tính, phi tuyến) tối ưu hóa 3, biến hai mức tối ưu xây dựng ngôn ngữ lập trình Matlab, áp dụng tính tốn tìm phương trình hồi quy thực nghiệm hiệu suất trích ly lượng rutin trích ly cho q trình trích ly có trợ giúp khuấy trộn Đã xây dựng mơ hình động học q trình trích ly rutin có trợ giúp sóng siêu âm, khuấy trộn, sóng vi ba (trong lò vi sóng) phụ thuộc vào tỷ lệ lỏng/rắn lượng nguyên liệu phù hợp với thực nghiệm; xác định thông số (K, T, Ktl, Kcb) mơ hình điều kiện cụ thể Đã tinh chế rutin đạt tiêu chuẩn dược phẩm (hàm lượng 98,01%; 99,39%) dùng làm chất chuẩn; xây dựng sơ đồ tinh chế rutin hợp lý, kinh tế hiệu * Đề xuất: Hoàn thiện nghiên cứu tinh chế rutin mức độ cao quy mô công nghiệp ... nghiên cứu nâng cao hiệu suất tách chiết chất lượng rutin từ nụ hoa hoè Việt Nam" Mục đích luận án - Đánh giá nguồn nguyên liệu nụ hòe Việt Nam - Vận dụng trình thiết bị vào nghiên cứu trích... ly rutin với hiệu suất cao - Nghiên cứu trình tinh chế rutin chất lượng cao làm dược phẩm chất chuẩn Đối tượng nghiên cứu luận án Đối tượng nghiên cứu trình trích ly rutin từ nụ hòe Các mẫu nụ. .. Số liệu gộp từ bảng 3.3; 3.4; 3.43 3.1.3 Nghiên cứu thành phần hóa học nụ hòe Việt Nam 3.1.3.1 Nghiên cứu thành phần dễ bay nụ hoa hoè 81 cấu tử (thuộc 12 nhóm chất) phát từ phần chiết metanol,