Tiểu luận môn học Các kỹ thuật hiện đại trong CNTP: Sử dụng sóng siêu âm trích ly isoflavone

Isoflavons là một phytoestrogen có nhiều tiềm năng trong phòng và chữa bệnh. Có nhiều phương pháp trích ly isoflavones, từ truyền thống đến hiện đại. Sử dụng sóng siêu âm trong trích ly isoflavons là một kỹ thuật hiện đại góp phần khắc phục một số nhược điểm của phương pháp truyền thống như giảm lượng dung môi, giảm thời gian chiết, an toàn và hiệu quả và thân thiện với môi trường hơn so với phương pháp truyền thống.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM O Tiểu luận môn học Các kỹ thuật đại CNTP Tên đề tài: Sử dụng sóng siêu âm trích ly isoflavone GVHD: PGS TS LÊ VĂN VIỆT MẪN HVTH: MAI THỊ HẢI ANH NGUYỄN THỊ NGÂN NGUYỄN NGỌC TÚ ANH NGUYỄN THỊ NGUYÊN THẢO NĂM HỌC 2010 - 2011 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone MỞ ĐẦU Isoflavons phytoestrogen có nhiều tiềm phịng chữa bệnh Có nhiều phương pháp trích ly isoflavones, từ truyền thống đến đại Sử dụng sóng siêu âm trích ly isoflavons kỹ thuật đại góp phần khắc phục số nhược điểm phương pháp truyền thống giảm lượng dung môi, giảm thời gian chiết, an toàn hiệu thân thiện với môi trường so với phương pháp truyền thống Tuy nhiên trích ly sóng siêu âm có nhiều vấn đề cần quan tâm nghiên cứu để tăng hiệu trích ly, thơng số tối ưu ảnh hưởng đến quy trình dung mơi, tỷ lệ dung môi - mẫu, trạng thái mẫu, nhiệt độ, thời gian ly trích, nguồn lượng sóng siêu âm để đạt hiệu cao Trang Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone GIỚI THIỆU CHUNG 2.1 Sóng siêu âm 2.1.1 Khái niệm Siêu âm sóng học hình thành lan truyền dao động phần tử khơng gian có tần số lớn giới hạn ngưỡng nghe người (1620kHz) Ngồi ra, sóng siêu âm có chất sóng dọc hay sóng nén, nghĩa trường siêu âm phần tử dao động theo phương với phương truyền sóng Các thơng số q trình siêu âm: - Tần số (Frequency, Hz): số dao động phần tử thực giây, (Hz) - Biên độ (Amplitude): biểu thị mức độ thay đổi áp suất (so với áp suất cân mơi trường) q trình dao động - Cường độ (Intensity, W/m2): lượng mà sóng siêu âm truyền đơn vị thời gian qua đơn vị diện tích đặt vng góc với phương truyền âm Cơng thức tính I = P/S; P cơng suất nguồn âm (W), S diện tích miền truyền âm (m2) - Mức cường độ âm (Sound pressure level, B): đại lượng tính cơng thức: L = lg(I/Io) Trong I cường độ âm điểm cần tính, Io cường độ âm chuẩn (âm ứng với tần số f = 1000 Hz) có giá trị là: 10-12 W/m2 Hình 2.1: Các khoảng tần số sóng siêu âm Con người nghe sóng âm có tần số từ 16 Hz đến 18 kHz Sóng siêu âm tên gọi sóng có tần số cao 18 kHz Giới hạn tần số sóng siêu âm thường MHz chất khí 500 MHz chất lỏng hay chất rắn Trong phạm vi ứng dụng, sóng siêu âm chia thành sóng siêu âm tần số thấp, lượng cao (20kHz-100kHz) sóng siêu âm tần số cao, biên Trang Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone độ nhỏ (2MHz-10MHz) (Kuldiloke J., 2002) Sử dụng sóng siêu âm lượng cao công nghệ thực phẩm ngày khảo sát tỉ mỉ Phần lớn nghiên cứu áp dụng tần số sóng khoảng từ 20 kHz đến 40 kHz (Povey M.I.W and Mason T.J, 1998) Sóng âm nghe thấy Sóng siêu âm lượng cao Phạm vi sóng mở rộng Sóng siêu âm biên độ nhỏ 16 Hz – 18 kHz 20 kHz – 100 kHz 20 kHz – MHz MHz – 10 MHz Hình 2.2 Phạm vi tần số sóng siêu âm 2.1.2 Thiết bị phát sóng siêu âm Thiết bị phát sóng siêu âm phải gồm có phần tối cần thiết sau: - Bộ phận chuyển phần lớn điện thành dòng điện xoay chiều tần số cao để vận hành phận biến đổi - Bộ phận biến đổi chuyển dòng điện xoay chiều tần số cao thành dao động Phần lớn thiết bị phát sóng siêu âm ngày sử dụng kỹ thuật áp điện Hình dạng kích thước phận phụ thuộc vào tần số làm việc, phận 20 kHz có chiều dài gấp đôi phận 40 kHz Năng lượng qua biến đổi chuyển ngược lại thành bình phương tần số dao động, thiết bị lượng cao tần số thấp trọng Bộ phận biến đổi nối với hệ thống truyền sóng thơng qua thiết bị phụ (Povey M.I.W and Mason T.J, 1998) - Hệ thống truyền sóng truyền dao động vào lịng chất lỏng Trong thiết bị phát sóng siêu âm dạng bể, phận biến đổi gắn đáy bể truyền trực tiếp dao động vào chất lỏng bồn Tuy nhiên, thiết bị lượng cao (thiết bị dạng thanh/que) dao động khuyếch đại truyền vào mơi Trang Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone trường lỏng nhờ thiết bị trung gian gắn với phận biến đổi Theo thời gian, đầu phận trung gian bị mịn bị giảm chiều dài cần thiết người ta phải lắp đầu tháo gỡ (Povey M.I.W and Mason T.J, 1998) Hình 2.3 Thiết bị phát sóng siêu âm dạng 2.1.3 Nguyên lý tác động sóng siêu âm 2.1.3.1 Hiện tượng xâm khí thực Khi sóng siêu âm truyền vào mơi trường chất lỏng, chu trình kéo nén liên tiếp tạo thành Trong điều kiện bình thường, phân tử chất lỏng gần nhờ liên kết hóa học Khi có sóng siêu âm, chu trình nén phân tử gần chu trình kéo chúng bị tách xa Áp lực âm chu trình kéo đủ mạnh để thắng lực liên kết phân tử tạo thành bọt khí nhỏ Bọt khí trở thành hạt nhân tượng xâm thực khí, bao gồm bọt khí ổn định bọt khí tạm thời (Kuldiloke J., 2002) Bọt khí ổn định nguồn gốc bong bóng khí nhỏ, kích thước chúng dao động nhẹ chu trình kéo nén Sau hàng ngàn chu trình, chúng tăng thêm kích thước Trong suốt q trình dao động, bọt khí ổn định chuyển thành bọt khí tạm thời Sóng siêu âm làm rung động bọt khí này, tạo nên tượng “ sốc sóng “ hình thành dịng nhiệt bên chất lỏng Bọt khí ổn định lơi kéo bọt khí khác vào trường sóng, kết hợp lại với tạo thành dòng nhiệt nhỏ (Kuldiloke J., 2002) Các bọt khí tạm thời có kích cỡ thay đổi nhanh chóng, qua vài chu Trang Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone trình chúng bị vỡ Trong suốt chu trình kéo/nén, bọt khí kéo giãn kết hợp lại đạt cân nước bên bên ngồi bọt khí Diện tích bề mặt bọt khí chu trình kéo lớn chu trình nén, khuyếch tán khí chu trình kéo lớn kích cỡ bọt khí tăng lên chu trình Các bọt khí lớn dần đến kích cỡ định mà lượng sóng siêu âm khơng đủ để trì pha khí khiến bọt khí nổ tung dội Khi phân tử va chạm với mãnh liệt tạo nên tượng “ sốc sóng “ lịng chất lỏng, kết hình thành điểm có nhiệt độ áp suất cao (5000 0C 5x104kPa) với vận tốc nhanh 106 oC/s (Kuldiloke J., 2002) Hình 2.4 Quá trình hình thành, phát triển vỡ bọt khí Hiện tượng xâm thực khí mở đầu cho nhiều phản ứng có hình thành ion tự dung dịch; thúc đẩy phản ứng hóa học nhờ có trộn lẫn chất phản ứng với nhau; tăng cường phản ứng polymer hố depolymer hóa cách phân tán tạm thời phần tử hay bẻ gãy hoàn toàn liên kết hóa học chuỗi polymer; tăng hiệu suất đồng hố; hỗ trợ trích ly chất tan enzyme từ tế bào động vật, thực vật, nấm men hay vi khuẩn; tách virus khỏi tế bào bị nhiễm; loại bỏ phần tử nhạy cảm bao gồm vi sinh vật (Kuldiloke J., 2002) Trang Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone 2.1.3.2 Hiện tượng vi xốy Sóng siêu âm cường độ cao truyền vào lịng chất lỏng gây nên kích thích mãnh liệt Tại bề mặt tiếp xúc pha lỏng/rắn hay khí/rắn, sóng siêu âm gây nên hỗn loạn cực độ tạo thành vi xoáy Hiện tượng làm giảm ranh giới pha, tăng cường truyền khối đối lưu thúc đẩy xảy khuyếch tán vài trường hợp mà khuấy trộn thông thường không đạt (Kuldiloke J., 2002) 2.1.4 Các hiệu ứng vật lý hóa học chiếu siêu âm lên hệ chất lỏng 2.1.4.1 Hiện tượng sủi bóng (cavitation): Sóng siêu âm tạo dao động học tần số cao 15kHz Khi truyền môi trường lỏng, phần tử trường siêu âm trải qua chu trình nén (compression) duỗi (rarefaction) dao động lan truyền cho phần tử kế cận Khi lượng đủ lớn, chu trình duỗi, tương tác phân tử vượt lực hấp dẫn nội lỗ hổng nhỏ lòng chất lỏng hình thành Hiện tượng cịn gọi tượng sủi bóng Những bóng sủi lớn dần lên trình khuếch tán lượng nhỏ cấu tử khí (hoặc hơi) từ pha lỏng suốt pha dãn nở không hấp thụ hồn tồn trở lại q trình nén 2.1.4.2 Hiện tượng vỡ bóng Khi chúng đạt đến thể tích mà chúng khơng cịn hấp thu lượng, chúng vỡ cách đột ngột nhanh chóng Trong suốt q trình vỡ, nhiệt độ áp suất tăng lên cao (khoảng 4000K 1000atm) Thể tích chất lỏng bị gia nhiệt nhỏ nhiệt nhanh chóng bị tiêu tan, nhiệt độ vùng cao vài µ s Mặt khác, nhiệt độ áp suất cao tạo nổ • • bong bóng dẫn tới tạo thành gốc tự H OH  Các yếu tố ảnh hưởng đến khả hình thành vỡ bóng Một số thơng số tần số biên độ sóng siêu âm, nhiệt độ độ nhớt môi trường ảnh hưởng đến mức độ tạo bong bóng khí Sự hình thành lỗ hổng hay bóng khí bị giới hạn tần số cao 2,5 MHz Kích thước bong bóng khí thu tần số thấp 2,5 MHz tối đa bong bóng khí tạo lượng lớn vỡ Trang Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone Siêu âm với biên độ cao hình thành tượng sủi bong bóng với cường độ mạnh Bong bóng hình thành nhanh nhiệt độ cao tăng áp suất giảm sức căng Tuy nhiên sức căng cao làm yếu cường độ nổ bong bóng Độ nhớt chất lỏng ảnh hưởng đến tượng sủi bong bóng Trong mơi trường có độ nhớt cao, lan truyền phần tử trường siêu âm bị cản trở làm giảm mức độ sủi bong bóng Trong trường hợp này, siêu âm có tần số thấp lượng cao có khả xuyên thấu vào thực phẩm tốt siêu âm có tần số cao 2.1.5 Ứng dụng sóng siêu âm Siêu âm lĩnh vực nghiên cứu có tiềm phát triển ngành cơng nghệ thực phẩm Sóng siêu âm có tần số từ 20kHz đến 25MHz thường ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Có lĩnh vực ứng dụng cơng nghiệp thực phẩm: - Siêu âm tần số cao lượng thấp: cịn gọi siêu âm chuẩn đốn, khoảng tần số 20 – 60 MHz [51] Phần sử dụng kỹ thuật phân tích, không làm phá hủy cấu trúc mẫu, điều ứng dụng để xác định tính chất thực phẩm, đo tốc độ dịng chảy, kiểm tra bao gói thực phẩm (Floros, J D., 1994) - Tần số thấp siêu âm lượng cao (2 MHz – 10 MHz): ứng dụng rộng rãi trình hỗ trợ hàng loạt lĩnh vực như: kết tinh, sấy, khí, trích ly, lọc, đồng hố, làm mềm thịt, q trình oxi hố, q trình tiệt trùng … (Floros, J D., 1994) 2.2 2.2.1 Giới thiệu Isoflavone Cấu tạo Hình 2.5: Cấu tạo isoflavone Trang Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone Bảng 2.1 Danh sách isoflavone TÊN R1 R2 R3 Daidzein H H H Glycitein H OCH3 H OH H H H H Glucisyl Glycitin H OCH3 Glucosyl Genistin OH H Glucosyl Acetyl Malonyl daidzin H H Acetyl Malonyl glycitin H OCH3 Acetyl Malonyl genistin OH H Genistein Daidzin R3O Glucosyl-COCH3 Glucosyl-COCH2COOH Glucosyl-COCH3 Glucosyl-COCH2COOH Glucosyl-COCH3 Glucosyl-COCH2COOH 2.2.2 Nguồn gốc tính chất Isoflavone chất hữu thuộc nhóm polyphenol có liên quan với flavonoid (isoflavone flavonoid khác vị trí gắn vịng benzen) Sự khác biệt cấu tạo phân tử isoflavone flavones vị trí gắn nhóm phenyl vào gốc chromone (vị trí isoflavone vị trí flavones) Isoflavone có nguồn gốc từ thảo mộc, có nhiều đậu nành Những hợp chất có thành phần tương tự isoflavon tìm thấy số loài thực vật như: cỏ lá, cỏ linh lăng, dong…nhưng chúng không ăn Cho đến nay, đậu nành loại thực phẩm có chứa chất isoflavone Đó lý đậu nành thu hút ý, tập trung nghiên cứu từ nhà khoa học Cơ chế hoạt động chức isoflavone hoocmon nữ mang tính lành giúp thể chống lại chứng lỗng xương, bệnh tim mạch, số loại ung thư Thường xuyên sử dụng isoflavone làm giảm tỷ lệ bệnh tiền mãn kinh triệu chứng mãn kinh khác Theo đánh giá Branca Lorenzetti đề nghị sử dụng 50 - 110mg isoflavone ngày từ - 12 tháng cải thiện chất lượng xương Trang Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY ISOFLAVON 3.1 Phương pháp cổ điển Các kỹ thuật truyền thống sử dụng soxhlet, Shaking, stirring kỹ thuật phổ biến sử dụng để ly trích isoflavon Các yếu tố ảnh hưởng: Dung mơi: Theo nghiên cứu Eldridge (1982) sử dụng dung môi MeOH EtOH etylacetate MeCN với đậu nành tách béo để trích ly isoflavones Theo đánh giá 80% MeOH cho hiệu trích ly isflovones cao hầu hết tái sinh isoflavon Thời gian ly trích hiệu 4h, tỉ lệ dung mơi: mẫu khác từ 14:1 - 45:1 điều kiện ly trích thiết lập phương pháp sử dụng để xác định hàm lương isflavones từ bột đậu nành, protein concentrates isolate Một nghiên cứu tiên phong Murphy (1981) so sánh dung môi khác MeOH, ACE, MeCN chloroform-MeOH kết với dung mơi tinh khiết làm tăng hiệu trích ly tổng hàm lượng isoflavones chủ yếu (Gi, Ge, Di De) theo nghiên cứu MeCN với nước acid cho hiệu trích ly cao dung mơi cịn lại Theo Murphy 80% methanol 83% acid acetonitrile trở thành dung môi sử dụng phổ biến việc ly trích isoflavones Phương pháp phát triển Murphy phụ thuộc vào lượng mẫu thể tích dung mơi lượng nước thêm vào kỹ thuật khuầy đảo Theo Song et al cộng (1998) đánh giá lại phương pháp Murphy báo cáo việc sử dụng nước thêm vào acid HCl MeCN làm tăng khả phục hồi isoflavones hầu hết thực phẩm từ đậu nành 7ml nước cho hiệu lớn việc trích ly sử dụng tỉ lệ dung mơi mẫu cao 6ml/g điều tra mầm đậu nành (có hàm lượng isoflavones cao 10mg/g ) Theo Achouri (2005) nghiên cứu ly trích isoflavon từ đậu nành tách béo Trang 10 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone có biến đổi acetyl glucoside, glucoside hay aglycone, mà điều có lẽ giải thích số lượng cao thu 80◦C Araujo et al [cũng kiểm tra điều kiện nhiệt độ, áp suất, chất hỗ trợ nồng độ chất hỗ trợ khác cho SFE De Ge từ mầm hạt đậu nành sau thủy phân Lượng isoflavon cao thu phương pháp 60 ◦C, 380 bar sử dụng phương pháp trích ly động tĩnh ba chu kỳ 15 phút với thêm vào 10 mol% 80% MeCN Hơn nữa, chất hỗ trợ khác áp suất có tác động có ý nghĩa tới hiệu trích ly Khơng có isoflavon mà khơng trích ly với chất hỗ trợ ảnh hưởng bật của áp suất lượng thu từ loại isoflavon (De Ge) cho giảm áp suất thích hợp tăng tỉ trọng chất lỏng động học của hợp chất từ mẫu ban đầu Khi tăng áp suất hấp thụ diễn nhanh hịa tan tốt điều có giá trị cho việc trích ly Họ khảo sát xu hướng giống Rostagno et al., việc nâng cao lượng chất trích ly cách tăng áp suất phụ thuộc vào nhiệt độ với tương quan giữu áp suất nhiệt độ Hơn nữa, khác biệt chất hỗ trợ thử nghiệm Dùng 80% MeOH, 80% EtOH and 80% MeCN chất hỗ trợ, lượng có liên quan đến aglycone trích ly theo 9.61%, 11.27% 25.65% so sánh với việc khuấy tương ứng Rõ ràng, dùng phương thức đề nghị 80% MeCN hiệu 80% EtOH 80% MeOH Một cách tiếp cận khác sử dụng SC-CO2 trước để làm giàu hay làm mẫu chất với isoflavon cách chuyển hợp chất từ chất nền, báo cáo Yu et al., đưa mầm đậu nành tách dầu SC-CO2 dùng để sản xuất protein đậu nành giàu isoflavone Một giới hạn nghiên cứu việc dùng chiến lược thời điểm để đánh giá khách quan điều kiện trích ly mà chất lỏng siêu tới hạn khơng đề cập nhiều, có nhiều khác biệt tương tác mà chúng ảnh hưởng đến hiệu suất kỹ thuật trích ly khác Bước tiến tốt việc sử dụng SC-CO2 dung thí nghiệm, thích hợp cho điều kiện trích ly Trang 18 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone Có nhiều ảnh hưởng khác đến việc trích ly dung SFE, không gồm áp lực, nhiệt độ, loại số lượng chất hỗ trợ mà cịn có yếu tố khác chu trình động tĩnh học, tốc độ dịng CO2, cấu tạo đá trap, dung mơi sấy tốc độ sấy… Cấu tạo đá trap điều kiện tách rửa (dung mơi, tốc độ dịng chảy nhiệt độ) chưa nghiên cứu có lẽ cúng ảnh hưởng đến tách lấy isoflavon cần đầu tư tương lai Mẫu nhân tố quan trọng kích thước hạt tương tác với chất (ví dụ tương tác với hoạt tính glucosidase) Các thành phần mẫu dầu cản trở việc trích ly hợp chất mà phụ thuộc vào tỉ trọng chất lỏng Hơn nữa, điều kiện trích ly có tác động lớn đến thơng số trích ly đó, khác việc trích ly có chọn lọc nên nghiên cứu kỹ tạo nên hiệu trích ly cao Vì vậy, nhiều nghiên cứu cần định rõ tiềm chất lỏng siêu tới hạn việc trích ly isoflavon từ hạt đậu nành thực phẩm từ đậu nành SỬ DỤNG SĨNG SIÊU ÂM TRÍCH LY ISOFLAVONE 4.1 Quy trình trích ly (lấy ví dụ từ đậu nành) UAE Hình 2.7: Sơ đồ trích ly isoflavones từ đậu nành Thuyết minh quy trình: Trang 19 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone Từ mẫu có nguồn gốc từ đậu nành qua số khâu xử lý mẫu: đồng hóa, nghiền, sấy, lạnh đơng (đối với dạng mẫu lỏng: nước uống từ đậu nành,…),thủy phân…ta thu mẫu ngun liệu đem trích ly Trích ly: sử dụng phương pháp truyền thống đại nêu trên, sản phẩm sau trích ly qua số khâu xử lý như: ly tâm, lọc, cô đặc, thủy phân, chiết lỏng cao áp,… Sản phẩm sau tinh phân tích, định lượng số phương pháp: GC/GC-MS, HPLC/HPLC-MS,… Ở ta tìm hiểu hiệu q trình trích ly sóng siêu âm: Hiệu trích ly hợp chất sử dụng sóng siêu âm tăng lên nhờ tạo thành bọt khí dung mơi sóng truyền qua Dưới tác dụng sóng, bọt khí bị kéo nén, tăng áp suất nhiệt độ làm bọt khí nổ vỡ, tạo nên tượng “sốc sóng” Khi nổ vỡ bọt khí gần bề mặt pha rắn, xảy đối xứng, sinh tia dung mơi có tốc độ cao vào thành tế bào, làm tăng xâm nhập dung môi vào tế bào làm tăng bề mặt tiếp xúc pha rắn pha lỏng Điều làm tăng truyền khối phá vỡ cấu trúc tế bào Sự nổ vỡ bọt khí làm tăng chất nội bào vào dung dịch Sử dụng nhiệt độ cao kĩ thuật UAE làm tăng hiệu trích ly làm tăng hình thành nổ vỡ bọt khí Một vài thơng số, giống kĩ thuật truyền thống, ảnh hưởng đến hiệu trích ly chất sử dụng sóng siêu âm như: phân cực lượng dung mơi, khối lượng loại mẫu, thời gian trích ly số thơng số sóng siêu âm như: tần số, cường độ, số dao động ảnh hưởng lớn đến động lực trích ly UAE sử dụng để trích ly isoflavone từ hạt đậu nành, thực phẩm chế biến từ đậu từ nhiều nguồn chất khác đậu phụng, cỏ ba lá, rễ sắn dây, rễ Hoàng kỳ, rễ cam thảo… Một nghiên cứu trích ly isoflavone từ đậu thực Rostagno Các yếu tố khảo sát dung môi, nhiệt độ, lượng mẫu Trang 20 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone thời gian, thông số quan trọng dung môi (lượng nước), nhiệt độ thời gian trích ly  Các yếu tố ảnh hưởng 4.1.1 Nguyên liệu Tùy thuộc tính chất (nguyên liệu màng tế bào, chất nguyên sinh, số tạp chất), trạng thái rắn lỏng, cách thức chuẩn bị mẫu nguyên liệu (kích thước) ảnh hưởng lớn đến kết trích ly Chẳng hạn, kích thước vật liệu, q trình trích ly xảy chủ yếu thẩm thấu khuếch tán nên kích thước vật liệu nhỏ, diện tích tiếp xúc lớn hiệu trích ly cao Nguyên liệu phải xay nhỏ đến mức thích hợp để dung mơi có điều kiện tiếp xúc trực tiếp với thành tế bào cách dễ dàng, thúc đẩy q trình chiết xuất nhanh chóng nâng cao hiệu xuất chiết Bảng so sánh kỹ thuật trích ly cho ta thấy điều Đối với mẫu dạng mảnh (soy bits) sử dụng UAE lượng trích ly đạt thấp nhiều so với mẫu dạng bột (soy flour) Bảng 2.3 So sánh kỹ thuật trích ly 4.1.2 Dung mơi Lựa chọn dung mơi trích ly: dung mơi trích ly dung mơi hồ tan hợp chất cần trích ly Khả dung mơi lại phụ thuộc vài tính chất độ phân cực, độ nhớt, sức căng bề mặt Các isoflavone hợp chất phân cực, nên chủ yếu sử dụng dung môi phân Trang 21 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone cực nước, ethanol, methanol, dd acid loãng… Các tài liệu công bố thường sử dụng số dung mơi như: MeCN, EtOH, MeOH, ACE … Trong số nghiên cứu so sánh cho kết quả: Một nghiên cứu trích ly isoflavone từ đậu thực Rostagno Các yếu tố khảo sát dung môi, nhiệt độ, lượng mẫu thời gian, thông số quan trọng dung môi (lượng nước), nhiệt độ thời gian trích ly Hiệu trích ly tăng sử dụng sóng siêu âm, nhiên cịn phụ thuộc vào dung môi sử dụng 50% EtOH, 50% MeOH, 40% MeCN đạt tổng lượng iso flavone cao Dung mơi thích hợp cho loại iso flavone cịn phụ thuộc vào cấu tạo hóa học Nói chung cho tất loại hiệu trích ly cao khi sử dụng dung môi với 40-60% lượng nước Achouri so sánh dung môi: 80%MeCN + HCl 0,1N; 80% MeOH; 80% EtOH để trích ly chất khác (đậu tách béo, protein đậu nành) thấy 80% MeOH 80% EtOH trích ly lượng isoflavone cao từ hai mẫu nguyên liệu Quan sát thấy sử dụng siêu âm để trích ly 15 phút nhiều lần trích ly phương pháp lắc (tổng thời gian 10h) (Hình dưới) Đây theo dõi quan trọng, MeCN dung mơi sử dụng phổ biến kĩ thuật trích ly truyền thống, điều chứng tỏ khơng sử dụng dung mơi cho trích ly sóng siêu âm Trang 22 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone Hình 2.8: Ảnh hưởng sóng siêu âm việc rung lắc (sau lần trích ly) lên tổng hàm lượng isoflavone từ SM SPI với loại dung môi khác Gần đây, Bajer so sánh dung môi nguyên chất MeOH, MeCN, ACE để trích ly De Ge từ bột đậu nành MeCN cho lượng cao nghiên cứu thêm bổ sung 0-50% nước 60% MeCN cho kết tốt Lin Giusti mô tả ảnh hưởng tính phân cực dung mơi axit hiệu trích ly isoflavones từ đậu nành Các tác giả tiến hành trích ly với sáu dung môi khác phương pháp kết hợp ba cực hai mức độ acid hóa (83% ACN, 83% axit hóa ACN, 80% MeOH, 80% axit hóa MeOH, 58% ACN, 58% axit hóa ACN) Dung mơi axit hóa chuẩn bị 2ml trộn 0,1 N HCl với 12 ml dung môi Các tác giả dung mơi có tính phân cực cao (Chỉ số phân cực, P '= 6,7-7,4) cung cấp hàm lượng isoflavones trích ly cao từ đậu nành Tính axít hóa dung mơi chuyển isoflavone liên kết thành aglycones tương ứng Việc sử dụng dung mơi có tính axit nên tránh mục đích nghiên cứu định lượng đánh giá hoạt tính sinh học sinh khả dụng hình thức khác isoflavone liên kết Trong số sáu dung môi nghiên cứu, tác giả quan sát thấy 58% acetonitrile khơng bị axit hóa cung cấp hàm lượng isoflavones cao mà không thay đổi cấu trúc liên kết chúng Trang 23 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone So sánh phương pháp trích ly truyền thống trích ly có sử dụng sóng siêu âm để trích ly isoflavone từ bã rễ sắn dây: Ethanol dung mơi trích ly, thường sử dụng để trích ly hợp chất thực phẩm an tồn cho sức khỏe Và theo kết nghiên cứu dung môi với 80% ethanol 20% nước cho hiệu trích ly cao Bảng 2.4 ảnh hưởng thời gian trích ly với khác thành phần dung môi đến sản lượng isoflavone phương pháp truyền thống phương pháp sử dụng sóng siêu âm Việc sử dụng ethanol-nước dung mơi trích ly liên quan đến độ phân cực, trưởng nở mô tế bào thực vật tăng hấp thụ sóng siêu âm Điều kiện tối ưu trích ly h sử dụng sóng siêu âm 40kHz 800C Áp dụng sóng siêu âm 800C, dung mơi nước-ethanol làm tăng lượng chất trích ly gấp lần so với không áp dụng 250C 1,6 lần 800C Lượng cực đại thu 7,28g isoflavone từ 100g bột rễ thải sử dụng song siêu âm với dung môi ethanol-nước (80:20) 800C thời gian 6h Sự thay đổi hóa học isoflavones xảy qui trình trích ly Cần có dung mơi đặc biệt để chuyển đổi Nồng độ β-glucosides acetyl glucosides tăng lên bị giảm bớt quy trình, aglycones tăng lên hệ chuyển đổi hóa học Một lượng lớn hợp chất hóa học đạt khơng có nghĩa đạt hiệu trích ly cao mà kết chuyển đổi hóa học Vì thật khó để xác định dung mơi hiệu cho trích ly β-glucosides, acetyl glucosides aglycones cách so sánh lượng chất thu thông thường Malonyl isoflavone dạng hợp chất hóa học dễ bị giảm phẩm chất, đạt Trang 24 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone lượng lớn malonyl isoflavone nguyên liệu trích ly chứng tỏ hiệu trích ly dung mơi cao, q trình ngăn ngừa chuyển đổi hóa học tốt hai điều Trong trường hợp không xác định lượng malonyl glucosides lựa chọn tốt xác định tính ổn định suốt quy trình xử lí Nói dung mơi thường nói mặt thuận lợi khơng thuận lợi Ví dụ: MeCN thường thường trích li nhiều isoflavone MeOH EtOH, nhiên, giá thành cao, độc, tính thân thiện với mơi trường thấp MeOH EtOH 4.1.3 Kỹ thuật trích ly Nhiệt độ thời gian: Nhiệt độ trích ly có mối liên hệ với hiệu trích ly: Nhiệt độ tăng làm tăng lượng isoflavone thu Tuy nhiên, nhiều hợp chất isoflavone khơng bền nhiệt bị giảm chất lượng suốt q trình trích ly đó, điều ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt tính sinh học isoflavone.Ngồi ra, nhiệt độ cao cịn tăng trích li protein, pectin, thành phần tạo bọt Theo thống kê số nghiên cứu thấy khoảng nhiệt độ cho trích ly isoflavone thường từ (40800C) ví dụ: trích ly isoflavone từ mẫu nước uống đậu nành (hình 2.9 ), 450C cho lượng cao Hình 2.9: Ảnh hưởng nhiệt độ lên hiệu trích ly isoflavone từ thức uống từ đậu nành Tuy :nhiên cần lưu để lựa phùly hợp tránh làm oxi uống hóa chất cần Bảng Ảnh hưởng củ thời gianchọn trích nhiệt ly đếnđộ trích isoflavone từ nước đậu nành tách Thông thường, phương pháp cho thấy đạt nhanh trích ly đủ số Trang 25 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone lượng 20 phút Để kiểm tra số lượng thu được, kết lặp lại lần để so sánh mà khơng có sai khác Hầu hết (80-90%) isoflavone bột đậu trích ly 10 phút (Griffith Collison) Kéo dài thời gian trích ly 30 phút làm giảm lượng isoflavone Rostagno quan sát giảm hiệu trích ly lượng nước cao >60%, cho làm tăng sản phẩm rễ hòa tan vào nước tác dụng sóng siêu âm Với báo cáo này, có giảm nhẹ lượng isoflavone tổng số đạt trích ly 30 phút với 50% EtOH 600C so với trích ly 20 phút Achouri có kết luận tương tự, ơng quan sát trường hợp này, tổng lượng isoflavone giảm trích ly từ 15-30 60 phút Như vầy, nên trích ly với thời gian ngắn sử dụng sóng siêu âm Số lần trích ly Tùy thuộc vào mẫu nguyên liệu phương pháp trích ly, số lần trích ly ảnh hưởng đến lượng isoflavone thu Chẳng hạn, theo nghiên cứu Allaoua Achouri, Joyce Irene Boye *, Denis Belanger ảnh hưởng số lần trích ly isoflavone đậu nành: Tổng lượng isoflavones sau lần trích ly (E1) dung mơi đưa hình Lặp lại trích ly lần tăng lượng isoflavone loại 56%, 61%, 56%, 53%, 42%, 54%, 100%, 60% 83% mẫu SM cho daidzin, glycitin, genistin, daidzein, glycitein, genistein, malonyldaidzin, malonyl-glycitin and malonylgenistin, (Bảng dưới) Đối với mẫu SPI Lần trích ly thứ hai hầu hết sản lượng isoflavones nhiều lần thứ nhất, sau lần trích ly thư năm tổng lượng tăng lên xấp xỉ 123%, 119%, 120%, 128%, 89%, 101%, 101%, 153% 142% cho loại tương ứng daidzin, glycitin, genistin, daidzein, glycitein, genistein, malonyl-daidzin, malonylglycitin malonyl-genistin Với dung môi sử dụng, lượng isoflavones tổng số sau năm lần trích ly (so sánh với sau lần) tăng 74%, 69% 65% mẫu SM; 147%, Trang 26 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone 103% 107% mẫu SPI, sử dụng dung mơi acetonitrile, methanol ethanol Hình 10:Tổng lượng isoflavone mẫu bột đậu nành (SM) protein đậu nành (SPI) sau lần trích ly (E1) năm lần trích ly (E5) Những kết khẳng định lần trích ly isoflavones đề cập phương pháp nêu nồng độ isoflavones trích ly thấp định lượng Sự khác sản lượng isoflavones trích ly mẫu SM SPI thú vị Với mẫu giàu protein (SPI), sau lần trích ly đạt 41% isoflavone so với 58% mẫu có hàm lượng protein thấp (SM), sử dụng dung mơi ACN–HCl Điều tương tác protein–polyphenol mẫu SPI Trong báo (Boye, 1999) nói có nhiều tương tác bao gồm liên kết hydrogen, ionic liên kết cộng hóa trị chủ yếu tương tác kị nước với hợp chất protein–polyphenol Nhứng tương tác bị ảnh hưởng nghiêm trọng nhiệt độ, pH, nồng độ muối Trang 27 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone Bảng 2.5 : Ảnh hưởng số lần trích ly đến lượng isoflavone từ mẫu bột đậu protein đậu nành sử dụng dung môi Công suất siêu âm: Dựa vào kết nghiên cứu XU Huaneng, ZHANG Yingxin HE Chaohong, ta thấy, cơng suất điện đầu vào cao hàm lượng trích ly isoflavone đạt cao (hình minh họa) Trang 28 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone Hình 2.11 Ảnh hưởng cơng suất điện đến hiệu trích ly isoflavone Khuấy trộn: Trích ly lỏng – rắn cần thiết cho phân đoạn cấu tử từ nguyên liệu tự nhiên Nhưng hiệu suất trích ly lỏng – rắn thấp tốc độ truyền khối thấp Sự khuấy đảo thường dung để làm tăng tốc độ truyền khối tác động khuấy đảo lên trình truyền khối giới hạn Nguyên nhân tốc độ trích ly kiểm sốt khơng tốc độ truyền khối màng lỏng quanh mẫu trái mà tốc độ khuếch tán bên Kết là, khuấy khơng ảnh hưởng đến tốc độ trích ly trở lực truyền khối màng lỏng giảm đến phạm vi tốc độ trích ly bị kiểm soát khuếch tán bên Tỷ lệ nguyên liệu: dung môi: tỷ lệ nguyên liệu : dung mơi nhỏ hiệu q trình trích cao Tuy nhiên, cần thiết phải nghiên cứu nhiều tỉ lệ nguyên liệu : dung môi (SSR) thấp để xác định SSR mà khơng tăng mức độ trích ly Điều đảm bảo việc sử dụng dung môi tiết kiệm hiệu Ngoài tùy theo chất cụ thể mà nhiều yếu tố khác: PH, sử dụng chất kháng oxy hóa hỗ trợ, nhiệt độ nguyên liệu… KẾT LUẬN Tóm lại có nhiều phương pháp trích ly loại isoflavone, phương Trang 29 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone pháp truyền thống có số nhược điểm sau: + Sử dụng lượng dung mơi lớn, thường độc, chi phí cao + Thời gian chiết kéo dài, độ chọn lọc không cao + Trích ly với nhiệt độ cao thời gian kéo dài ảnh hưởng chất lượng sản phẩm Các phương pháp đại có nhiều ưu điểm hẳn phương pháp truyền thống + Giảm lượng dung môi sử dụng, giảm phế thải + Dung môi xanh, độ chọn lọc cao, dễ thu hồi + Giảm thời gian chiết + An tồn, hiệu quả, dễ tự động + Có thể kết hợp phương pháp phân tích trực tuyến Qua tìm hiểu, ta thấy UAE phương pháp đầy triển vọng với hiệu suất trích ly cao minh chứng rõ ràng qua bảng tham khảo việc so sánh kỹ thuật trích ly isoflavone từ sản phẩm đậu nành (đặc biệt hiệu cao đới với dạng bột) Bảng 2.6: So sánh hiệu trích ly isoflavone phương pháp Kĩ thuật trích li isoflavone từ đậu nành thực phẩm chế biến từ đậu sử dụng sóng siêu âm cho hiệu tốt, trích ly lượng cao, thời gian chưa đầy 30 phút từ nhiều loại mẫu khác với dung môi thông thường Rõ ràng, nhiệt độ cao thời gian trích ly ngắn tỉ lệ nước mức trung bình mức cao Trang 30 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone dung mơi cần thiết cho hiệu trích ly So với số kỹ thuật PLE SFE, phương pháp cho sản phẩm trích ly tương đối khơng cần phải lọc sau đó, sử dụng UAE bước lọc yêu cầu Chất lượng isoflavone thu sau q trình trích ly: Sự ổn định isoflavone suốt q trình trích ly sử dụng UAE dường chưa nghiên cứu nhiều thời điểm Một lượng lớn dung môi, chất dung mơi, thời gian trích ly dài, nhiệt độ cao ảnh hưởng làm biến đổi dạng isoflavone Ví dụ: Sự thay đổi hóa học isoflavones xảy qui trình trích ly Cần có dung môi đặc biệt để chuyển đổi Nồng độ β-glucosides acetyl glucosides tăng lên bị giảm bớt quy trình, aglycones tăng lên hệ chuyển đổi hóa học Một lượng lớn hợp chất hóa học đạt khơng có nghĩa đạt hiệu trích ly cao mà kết chuyển đổi hóa học Vì thật khó để xác định dung mơi hiệu cho trích ly β-glucosides, acetyl glucosides aglycones cách so sánh lượng chất thu thông thường Malonyl isoflavone dạng hợp chất hóa học dễ bị giảm phẩm chất, đạt lượng lớn Malonyl isoflavone nguyên liệu trích ly chứng tỏ hiệu trích ly dung mơi cao, trình ngăn ngừa chuyển đổi hóa học tốt hai điều Ảnh hưởng dung mơi, nhiệt độ, cường độ sóng tần số lên ổn định isoflavone UAE cách để tránh biến đổi chất lượng cần nghiên cứu chi tiết tương lai Trang 31 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 32 ... mơi sử dụng phổ biến kĩ thuật trích ly truyền thống, điều chứng tỏ không sử dụng dung mơi cho trích ly sóng siêu âm Trang 22 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone Hình 2.8: Ảnh hưởng sóng siêu. .. Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY ISOFLAVON 3.1 Phương pháp cổ điển Các kỹ thuật truyền thống sử dụng soxhlet, Shaking, stirring kỹ thuật phổ biến sử dụng để ly. .. nhiệt độ, thời gian ly trích, nguồn lượng sóng siêu âm để đạt hiệu cao Trang Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone GIỚI THIỆU CHUNG 2.1 Sóng siêu âm 2.1.1 Khái niệm Siêu âm sóng học hình thành