Bài viết nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng, xây dựng quy trình thủy phân đường trắng và đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng dung dịch đường trắng sau thủy phân.
TẠP CHÍ Y - DƢỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ 5-2018 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH THỦY PHÂN ĐƢỜNG TRẮNG ĐỂ ỨNG DỤNG PHA CHẾ DUNG DỊCH TIÊM TRUYỀN NGỌT ĐẲNG TRƢƠNG TRONG ĐIỀU KIỆN DÃ NGOẠI Nguyễn Cẩm Vân*; Nguyễn Minh Tuấn* Nguyễn Tuấn Quang*; Đỗ Thế Khánh* TÓM TẮT Mục tiêu: khảo sát yếu tố ảnh hưởng, xây dựng quy trình thủy phân đường trắng đánh giá số tiêu chất lượng dung dịch đường trắng sau thủy phân Đối tượng phương pháp: sử dụng phương pháp hóa học, thực nghiệm để khảo sát lựa chọn yếu tố xây dựng quy trình thủy phân từ đường trắng đạt tiêu chuẩn TCVN 7270:2003 Kết quả: nồng độ glucose từ 2,48 - 2,54%; quy trình thủy phân đường trắng (mẻ 10 lít): 475,0 g đường trắng, o 10 lít nước cất, axít xúc tác HCl 1:1, pH 3,5 Đóng chai 500 ml hấp 110 C/30 phút Dung dịch sau thủy phân đạt: nồng độ glucose 2,64 ± 0,02%; nồng độ đường nghịch đảo 4,9 - 5,1%; tạp 5-HMF 0,120 ± 0,01%; pH 3,45 - 3,53 Kết luận: xây dựng quy trình thủy phân đường trắng đánh giá số tiêu chất lượng dung dịch đường trắng sau thủy phân * Từ khóa: Quy trình thủy phân; Đường trắng; Điều kiện dã ngoại; Dung dịch tiêm truyền đẳng trương Study on the Development of a White Sugar Hydrolysis Process for Preparing Sweet Isotonic Infusion in Field Conditions Summary Objectives: To investigate factors influencing the development of white sugar hydrolysis and evaluate some quality indicators of white sugar solution after hydrolysis Subjects and methods: Using chemical, experimental method to investigate the selection of factors to build the hydrolysis process from white sugar up to TCVN 7270:2003 standard Results: Glucose concentrations ranged from 2.48 - 2.54%; white sugar hydrolysis process (for batch of 10 liters): 475.0 g white sugar dissolved in 10 liters distilled water, catalyzed by 1:1 HCl acid, o pH 3.5 Bottle 500 ml steamed at 110 C/30 minutes Hydrolysis solution meets quality criteria: glucose concentration of 2.64 ± 0.02%; Inverse sugar concentration of 4.9 - 5.1%; 5-HMF of 0.120 ± 0.01%; pH of 3.45 - 3.53 Conclusion: White sugar hydrolysis process has been developed and some quality indicators of white sugar solution after hydrolysis have been assessed * Keywords: Hydrolysis process; White sugar; Field conditions; Sweet Isotonic Infusion * Học viện Quân y Người phản hồi (Corresponding): Nguyễn Cẩm Vân (nguyencamvan.hvqy@gmail.com) Ngày nhận bài: 27/02/2018; Ngày phản biện đánh giá báo: 09/05/2018 Ngày báo đăng: 30/05/2018 22 TẠP CHÍ Y - DƢỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ 5-2018 ĐẶT VẤN ĐỀ Đường trắng sản phẩm sản xuất ứng dụng nhằm phục vụ cho đời sống người từ lâu đời, sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực làm tá dược sản xuất thuốc, làm nguyên liệu sản xuất bánh kẹo, đồ uống, gia vị chế biến thức ăn sống hàng ngày [5] Ngoài ra, từ đường trắng cấp thiết pha chế dung dịch tiêm truyền glucose với nhiều nồng độ khác hó khăn đặt điều kiện thời chiến thiếu thốn trang thiết bị dung dịch tiêm truyền glucose phục vụ công tác cứu chữa thương binh bệnh binh, từ làm gián đoạn cơng tác điều trị, ảnh hưởng khơng nhỏ đến tình hình qn số khỏe tồn đơn vị Việc tìm giải pháp tối ưu để sản xuất dung dịch tiêm truyền glucose đáp ứng nhu cầu điều trị đội nhân dân tình vơ cấp thiết Đã có số tài liệu cơng bố cơng thức phương pháp thủy phân đường trắng làm dung dịch tiêm truyền, nhiên chưa đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến khả thủy phân đường trắng tiêu chất lượng dung dịch tiêm truyền thủy phân từ đường trắng Do đó, việc nghiên cứu xây dựng quy trình thủy phân đường trắng để ứng dụng pha chế dã ngoại cần thiết có ý nghĩa ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nguyên vật liệu, hóa chất thiết bị - Nguyên liệu: đường tinh luyện Biên Hòa đạt tiêu chuẩn TCVN 7968:2008; đường glucose dược dụng - Hóa chất: đường D-fructose (Canada); natri thiosulfate chuẩn 0,1N, iode chuẩn 0,1N (Viện Kiểm nghiệm Thuốc Trung ương); nước cất pha tiêm hoa Dược, Bệnh viện Quân y 103 cung cấp - Dụng cụ, thiết bị: nồi hấp xách tay 15 lít, máy đo quang phổ UV-2960 Labomed (Mỹ); máy đo pH ettler Toledo S220 (Trung Quốc); máy đo nồng độ đường nghịch đảo Atago (Nhật) Phƣơng pháp nghiên cứu * Phương pháp thủy phân đường trắng: Tiến hành cân mẫu theo cơng thức, đóng chai 500 ml Hấp dung dịch theo nhiệt độ, thời gian khảo sát để xác định khả thủy phân đường trắng Khảo sát ảnh hưởng yếu tố pH, nhiệt độ thời gian đến trình thủy phân đường trắng * Định lượng glucose theo phương pháp hóa học: - Nguyên tắc: định lượng glucose phép đo iod, phương pháp chuẩn độ thừa trừ [4] - Tiến hành: hút xác ml dung dịch thủy phân vào bình nón 250 ml có nút mài Thêm xác 10 ml iod 0,1N 10 ml dung dịch Na2CO3 5% (cho từ từ lắc đều) Đậy nút, để yên bóng tối 10 phút Thêm từ từ dung dịch H2SO4 10% tới phản ứng axít rõ với giấy quỳ (giấy quỳ chuyển màu hồng) Chuẩn độ iod thừa Na2S2O3 0,1N Song song làm mẫu trắng - Đánh giá: hàm lượng glucose mẫu thử tính theo cơng thức 23 TẠP CHÍ Y - DƢỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ 5-2018 KẾT QUẢ NGHI N CỨU VÀ BÀN LUẬN (biết ml iod 0,1N tương ứng với 9,008 mg glucose) C% = Ảnh hƣởng củ fructose đến kết định ƣợng g ucose (V1 - V2) x 0,009008 x K x 100 Vglc V1: thể tích dung dịch Na2S2O3 0,1N dùng cho mẫu trắng (ml); V2: thể tích dung dịch Na2S2O3 0,1N dùng cho mẫu thử (ml); Vglc: thể tích dung dịch mẫu thử (ml); K: hệ số hiệu chỉnh dung dịch Na2S2O3 0,1N * Đánh giá thay đổi số tiêu chất lượng dung dịch đường trắng sau thủy phân theo thời gian: Dựa tiêu: nồng độ glucose dung dịch đường trắng sau thủy phân; nồng độ đường nghịch đảo; tạp 5-HMF pH * Phương pháp x lý số liệu: Các số liệu thu thập trình nghiên cứu xử lý phần mềm Microsoft Excel 2010 Tiến hành tạo hỗn hợp glucose fructose theo tỷ lệ 1:1, hòa tan 500 ml nước, định lượng glucose Đánh giá hưởng fructose đến kết định lượng glucose cho thấy: nồng độ glucose trung bình dao động khoảng từ 2,48 - 2,54% với axít axít citric 18%, axít HCl 1:1 axít H3PO4 10% Trong tất lần đo, giá trị nồng độ thấp 2,48 (mẫu 3, mẫu xúc tác citric 18%; mẫu axít HCl 1:1) giá trị nồng độ cao đo 2,54 (mẫu 1, mẫu axít xúc tác H3PO4 10%) Với giá trị p > 0,1, khác biệt nồng độ glucose đo mẫu với axít khơng có ý nghĩa thống kê Như vậy, fructose không ảnh hưởng đến nồng độ glucose định lượng hỗn hợp Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả thủy phân đường trắng * Ảnh hưởng pH: Thực khảo sát thủy phân mẫu với axít axít citric 18%, axít HCl 1:1 axít H3PO4 10%, pH 2,5; 3,5 Cố định nhiệt độ hấp 1100C thời gian 30 phút Bảng 1: Ảnh hưởng pH đến nồng độ glucose dung dịch Axít H3PO4 10% Chỉ tiêu Nồng độ (%) 2,5 3,5 M1 2,76 2,6 2,06 M2 2,76 2,6 2,07 M3 2,75 2,6 2,05 M4 2,75 2,62 2,06 M5 2,75 2,63 2,07 2,75 ± 0,01 2,61 ± 0,02 2,06 ± 0,01 110,4 104,0 82,4 ± SD H3PO4 10% H (%) 24 pH TẠP CHÍ Y - DƢỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ 5-2018 Nồng độ (%) HCl 1:1 M1 2,65 2,67 2,59 M2 2,68 2,68 2,59 M3 2,66 2,67 2,59 M4 2,65 2,67 2,59 M5 2,66 2,67 2,63 2,66 ± 0,01 2,67 ± 0,01 2,60 ± 0,02 105,1 105,5 102,8 M1 2,47 2,69 2,09 M2 2,48 2,69 2,08 M3 2,46 2,68 2,08 M4 2,47 2,68 2,07 M5 2,46 2,68 2,06 2,47 ± 0,01 2,68 ± 0,01 2,08 ± 0,01 97,6 105,9 82,2 ± SD H (%) Nồng độ (%) Citric 18% ± SD H (%) Với axít H3PO4 10% sau hấp, pH 2,5 có chai xuất màu vàng nhạt Ở pH 3,5, hiệu suất trình thủy phân thấp, đạt 82,4% Với HCl 1:1, sau hấp, tất chai có pH 2,5 xuất màu vàng nhạt Hiệu suất trình hấp axít đạt > 100% tất giá trị pH khảo sát Với axít citric 18%, chai có pH 2,5 3,5, hiệu suất thủy phân thấp, đạt 97,6 82,2% Ở pH 3, hiệu suất thủy phân đạt 105,9% Từ kết khảo sát, lựa chọn axít HCl 1:1 pH 3,5 cho khảo sát Kết hoàn tồn phù hợp với pH axít xúc tác nêu tài liệu [2] phù hợp với nghiên cứu Nguyễn Trọng Toàn [3] * Ảnh hưởng nhiệt độ: Thực khảo sát thủy phân nhiệt độ khác 100; 110; 115 120oC Cố định thời gian 30 phút pH 3,5 với axít HCl 1:1 Bảng 2: Ảnh hưởng nhiệt độ đến nồng độ glucose dung dịch o Nhiệt độ ( C) M1 M2 M3 M4 M5 100 2,53 2,52 2,54 2,53 2,50 2,52 ± 0,02 99,6 110 2,63 2,59 2,59 2,59 2,59 2,60 ± 0,02 102,8 115 2,75 2,75 2,75 2,71 2,74 2,74 ± 0,02 108,3 120 2,75 2,71 2,71 2,75 2,75 2,73 ± 0,02 107,9 ± SD H (%) Ở mức nhiệt độ 110, 115 120oC, chai dung dịch đường trắng thủy phân hoàn tồn Riêng nhiệt độ 100oC, q trình thủy phân xảy khơng hồn tồn (99,6%) 25 TẠP CHÍ Y - DƢỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ 5-2018 Tiến hành đo độ hấp thụ mẫu dung dịch đường trắng sau thủy phân nhiệt độ 110, 115 120oC (ở trên) để xác định hàm lượng tạp chất 5-HMF Bảng 3: Độ hấp thụ dung dịch sau hấp nhiệt độ 110, 115 120oC o Nhiệt độ ( C) ± SD (%) M1 M2 M3 M4 M5 110 0,113 0,103 0,091 0,106 0,110 0,105 ± 0,009 115 0,487 0,526 0,574 0,750 0,534 0,57 ± 0,103 120 0,620 0,525 0,760 0,610 0,541 0,61 ± 0,093 Khi thủy phân dung dịch đường trắng nhiệt độ 115oC 120oC, q trình thủy phân hồn tồn Tuy nhiên, hai khoảng nhiệt độ này, tất mẫu tạo lượng tạp 5-HMF, không đạt yêu cầu DĐVN IV (yêu cầu độ hấp thụ dung dịch < 0,25) Tài liệu [2] đưa quy trình thủy phân đường trắng 121oC thời gian 30 phút Tuy nhiên, kết bảng nhận thấy thực thủy phân nhiệt độ 121oC tạo lượng tạp vượt yêu cầu cho phép DĐVN IV [1] Do vậy, loại bỏ hai mức nhiệt độ 115oC 120oC khảo sát Ở nhiệt độ 110oC, q trình thủy phân xảy hồn tồn, độ hấp thụ dung dịch nằm giới hạn cho phép Do vậy, lựa chọn nhiệt độ thủy phân 110oC phù hợp * Ảnh hưởng thời gian: Thực khảo sát thủy phân thời gian từ 30; 45; 60 phút Cố định pH 3,5 nhiệt độ 110oC Bảng 4: Ảnh hưởng thời gian đến nồng độ glucose dung dịch Thời gian (phút) M1 M2 M3 M4 M5 30 (1) 2,50 2,52 2,52 2,53 2,52 2,53 ± 0,01 100,8 45 (2) 2,60 2,58 2,58 2,59 2,57 2,58 ± 0,01 102,0 60 (3) 2,63 2,59 2,59 2,59 2,59 2,60 ± 0,02 102,8 ± SD H (%) p1-2 > 0,1; p2-3 > 0,1; p1-3 > 0,1 Hiệu suất trình thủy phân thời gian 30, 45 60 phút đạt 100,8%, 102,0% 102,8% (p > 0,1), khác biệt hiệu suất mức thời gian khơng có ý nghĩa thống kê Do vậy, lựa chọn thời gian thủy phân đường kính trắng 30 phút Theo nghiên cứu Nguyễn Trọng Toàn tiêu chuẩn đường 26 trắng để pha chế dung dịch tiêm truyền, tác giả sử dụng nhiệt độ hấp 110oC 60 phút với xúc tác axít HCl 1:1 để thủy phân hồn tồn đường trắng [3] Tuy nhiên, dựa vào kết khảo sát bảng cho thấy, cần với thời gian 30 phút đạt hiệu suất 100%, không cần hấp tới 60 phút, gây lãng phí thời gian TẠP CHÍ Y - DƢỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ 5-2018 Xây dựng quy trình thủy phân đƣờng trắng Từ kết trình khảo sát yếu tố ảnh hưởng, xây dựng quy trình thủy phân đường kính trắng sau: Đường trắng (475 g) Hòa tan lít nước cất cất Dung dịch đường trắng Axít HCl 1:1 đến pH 3,5 Định mức vừa đủ 10 lít Đóng chai thủy tinh 500 ml Đậy nắp, xiết nút nhôm o Hấp 110 C 30 phút Xác định tiêu chất lượng Hình 1: Hình Sơ đồ thủy phân đường 1:quy Sơ trình đồ quy trình thủy phân trắng đường trắng Các bước thủy phân (cho mẻ 10 lít) tiến hành sau: - Cân 475,0 g đường trắng, chuyển vào bình pha chế 10 lít có sẵn khoảng lít nước cất, khuấy đến tan hết - Bổ sung nước gần đủ đến vạch, khuấy liên tục - Thêm ml axít HCl 1:1, định mức nước cất đến vạch - Chuyển dung dịch pha vào chai thủy tinh 500 ml, đậy nắp, siết nút nhôm - Hấp 110oC thời gian 30 phút Dung dịch đường trắng sau thủy phân đem xác định thay đổi tiêu chất lượng Đánh giá số tiêu chất ƣợng củ dung dịch đƣờng trắng s u thủy phân - Thay đổi nồng độ glucose dung dịch đường trắng sau thủy phân: thực khảo sát mẫu theo quy trình xây dựng, sau 30 ngày cho thấy, nồng độ glucose thấp 2,50% (mẫu số 1, ngày thứ 1) cao 2,66% (mẫu thứ từ ngày thứ 22) Từ ngày thứ 22, nồng độ đường mẫu ổn định mức 2,64 ± 0,02% không thay đổi - Thay đổi nồng độ đường nghịch đảo dung dịch đường trắng sau thủy phân: sau 30 ngày, nồng độ đường 27 TẠP CHÍ Y - DƢỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ 5-2018 nghịch đảo dung dịch đường trắng sau thủy phân có giá trị tương đối ổn định, dao động từ 4,9 - 5,1% (trong mẫu khảo sát, nồng độ đường nghịch đảo thay đổi khoảng 0,1%) - Thay đổi tiêu giới hạn tạp 5-HMF: sau 30 ngày, lượng tạp 5-HMF đạt 0,120 ± 0,01, giới hạn cho phép theo DĐVN IV (< 0,25) - Thay đổi giá trị pH: sau 30 ngày, giá trị pH dao động không đáng kể (3,45 3,53) (sự thay đổi pH lớn mẫu 0,05) KẾT LUẬN - Nghiên cứu xác định fructose không ảnh hưởng đến kết định lượng glucose Đã khảo sát ảnh hưởng pH, nhiệt độ, thời gian đến trình thủy phân đường trắng Xây dựng quy trình thủy phân đường trắng với điều kiện: axít xúc tác HCl 1:1 đạt pH = 3,5; nhiệt độ hấp 110oC; thời gian hấp 30 phút - Đã đánh giá số tiêu chất lượng dung dịch đường trắng sau thủy phân: nồng độ glucose đạt 2,64 ± 0,02%; nồng độ đường nghịch đảo đạt 4,9 - 5,1%; tạp 5-HMF đạt 0,120 ± 0,01 28 nằm giới hạn cho phép theo DĐVN IV (< 0,25); pH dao động từ 3,45 - 3,53 KIẾN NGHỊ Tiếp tục nghiên cứu điều kiện chuyển dạng fructose glucose; tiêu nội độc tố vi khuẩn dung dịch sau thủy phân; ảnh hưởng dung dịch đến số hóa sinh thay đổi áp suất thẩm thấu pH máu TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Y tế Dược điển Việt Nam IV Nhà xuất Y học 2009 Bộ Y tế Kỹ thuật bào chế sinh dược học dạng thuốc, tập Nhà xuất Y học 2013 Nguyễn Trọng Toàn Nghiên cứu khả thủy phân đường trắng để pha dung dịch tiêm truyền Luận văn Thạc sỹ Dược học 2014 F Daniels, J.W Williams, P Bender, R.A Alberty, C.D Cornwell Experimental Physical Chemistry, 7th Ed.McGraw-Hill 1970 J.M Nelson Influence of glucose and fructose on the rate of hydrolysis of sucrose by invertase from honey Columbia University New York 1924 ... hưởng đến khả thủy phân đường trắng tiêu chất lượng dung dịch tiêm truyền thủy phân từ đường trắng Do đó, việc nghiên cứu xây dựng quy trình thủy phân đường trắng để ứng dụng pha chế dã ngoại cần... 5-2018 Xây dựng quy trình thủy phân đƣờng trắng Từ kết trình khảo sát yếu tố ảnh hưởng, xây dựng quy trình thủy phân đường kính trắng sau: Đường trắng (475 g) Hòa tan lít nước cất cất Dung dịch đường. .. Theo nghiên cứu Nguyễn Trọng Toàn tiêu chuẩn đường 26 trắng để pha chế dung dịch tiêm truyền, tác giả sử dụng nhiệt độ hấp 110oC 60 phút với xúc tác axít HCl 1:1 để thủy phân hoàn toàn đường trắng