Nghiên cứu chiết dầu cám gạo bằng phương pháp dùng dung môi siêu CO2 tới hạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƯỢC NGUYỄN NGỌC TÙNG NGHIÊN CỨU CHIẾT DẦU CÁM GẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP DÙNG DUNG MƠI CO2 SIÊU TỚI HẠN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC Hà Nội – 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƯỢC NGUYỄN NGỌC TÙNG NGHIÊN CỨU CHIẾT XUẤT DẦU CÁM GẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP DÙNG DUNG MƠI CO2 SIÊU TỚI HẠN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC KHÓA : NGƯỜI HƯỚNG DẪN : QH.2012.Y Ths ĐÀO ANH HOÀNG Ths NGUYỄN VĂN KHANH Hà Nội – 2017 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Thạc sĩ Đào Anh Hoàng (Khoa Bào chế - Chế biến, Viện Dược liệu) Thạc sĩ Nguyễn Văn Khanh (Bộ môn Bào Chế Công nghệ dược phẩm, Khoa Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội), người hướng dẫn khoa học, giúp đỡ tơi q trình thực khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn PGS TS Nguyễn Thanh Hải, Chủ nhiệm Bộ môn bào chếvà Công nghệ dược phẩm (Khoa Y Dược, Đại học quốc gia Hà Nội) tạo điều kiện, cung cấp sở vật chất, trang thiết bị cho thực đề tài Tôi xin thành cảm ơn Dược sĩ Nguyễn Thị Huyền (Bộ môn bào chế Công nghệ Dược phẩm Khoa Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội), tạo điều kiện hướng dẫn sử dụng máy chiết xuất SFE500 Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu phòng ban liên quan tạo điều kiện thuận lợi cho hoàn thành khóa học, thầy trang bị kiến thức mới, hữu ích thời gian học tập Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè người thân động viên, tin tưởng Hà Nội, ngày 28 tháng năm 2017 Sinh viên NGUYỄN NGỌC TÙNG DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Chú giải C1 Cám xát C2 Cám xoa C2m Cám mịn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam SCO2 CO2 siêu tới hạn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Điểm tới hạn số dung môi thông dụng Bảng 1.2 Hàm lượng số chất dầu cám gạo 12 Bảng 2.1 Hóa chất nghiên cứu 17 Bảng 3.1 Độ hấp thụ quang γ-oryzanol chuẩn nồng độ khác 22 Bảng 3.2.Kết đánh giá sơ cám nguyên liệu 23 Bảng 3.3 Kết khảo sát hàm lượng acid béo tự cám trước sau xử lý nhiệt 24 Bảng 3.4.Hiệu suất dầu cám gạo chiết hàm lượng γ–oryzanol thay đổi thời gian chiết 25 Bảng 3.5.Hiệu suất dầu cám gạo chiết hàm lượng γ–oryzanol thay đổi Áp suất chiết 26 Bảng 3.5.Hiệu suất dầu cám gạo chiết hàm lượng γ–oryzanol thay đổi nhiệt độ chiết 28 Bảng 3.7:Hiệu suất dầu cám gạo chiết hàm lượng γ–oryzanol thay đổi tốc độ dòng CO2 áp suất 400 bar nhiệt độ 60ºC 29 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Đồ thị biểu diễn trạng thái chất vùng siêu tới hạn Hình 1.2 Sơ đồ cơng nghệ chiết CO2 Hình 1.3 Chu trình trạng thái CO2 trình chiết Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc hạt thóc 11 Hình 1.5 Cơng thức cấu tạo cấu tử γ-oryzanol 13 Hình 3.1 Phổ hấp thụ γ-oryzanol chuẩn dung môi heptan 21 Hình 3.2 Đường chuẩn phụ thuộc độ hấp thụ quang nồng độ γoryzanol 22 Hình 3.3 Biểu đồ biểu diễn thay đổi hàm lượng acid béo tự theo thời gian 24 Hình 3.4 Hiệu suất dầu cám gạo chiết hàm lượng γ–oryzanol thay đổi thời gian chiết 25 Hình 3.5 Hiệu suất dầu cám gạo chiết hàm lượng γ–oryzanol thay đổi áp suất chiết 27 Hình 3.6 Hiệu suất dầu cám gạo chiết hàm lượng γ–oryzanol thay nhiệt độ chiết 28 Hình 3.7 Hiệu suất dầu cám gạo chiết hàm lượng γ–oryzanol thay đổi tốc độ dòng CO2 áp suất 400 bar nhiệt độ 60ºC 30 MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ Chương 1.TỔNG QUAN 1.1 Công nghệ chiết tách phương pháp CO2 trạng thái siêu tới (SCO2) 1.1.1 Sơ lược phương pháp chiết sử dụng dung môi trạng thái siêu tới hạn 1.1.2 Phương pháp chiết CO2 siêu tới hạn 1.1.3 Ưu điểm dung môi CO2 siêu tới hạn 1.1.4 Ứng dụng phương pháp SCO2 giới 1.2 Thành phần hóa học cám gạo dầu cám gạo 1.3 Công dụng cám gạo dầu cám gạo 1.3.1 Công dụng cám gạo 1.3.2 Công dụng dầu cám gạo 1.3.3 Tác dụng dược lý γ- oryzanol 1.4 Các nghiên cứuchiết xuất dầu cám gạo CO2 siêu tới hạn Chương 2.Đối tượng phương pháp nghiên cứu 2.1.Đối tượng nghiên cứu 2.1.1Đối tượng nghiên cứu 2.1.2 Hóa chất nghiên cứu 2.1.3 Thiết bị, dụng cụ nghiên cứu 2.2 Nội dung nghiên cứu 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Xây dựng phương pháp định lượng γ-oryzanol dầu cám gạo 2.3.2 Khảo sát điều kiện chiết xuất 2.3.3 Xác định số acid, độ acid 2.3.4 Hiệu suất dầu cám gạo Chương Kết thảo luận 3.1 Kết thí nghiệm 21 3.1.1 Xây dựng phương pháp định lương γ-oryzanol 21 3.1.2 Xử lý ổn định chất lượng cám gạo 23 3.2.2 Khảo sát điều kiện chiết xuất 24 3.2 Thảo luận 30 Chương 4.Kết Luận……………………………………………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 ĐẶT VẤN ĐỀ Gạo lương thực chủ yếu 50% dân số toàn cầu, chiếm 20% tổng lượng lương thực tiêu thụ hàng năm Sản lượng lúa gạo giới đạt 700 - 800 triệu tấn.Việt Nam nước có nơng nghiệp lâu đời, lúa trở thành lương thực chủ yếu có ý nghĩa quan trọng đời sống kinh tế nông nghiệp Việt Nam nước sản xuất lúa gạo đứng thứ giới, xuất lúa gạo lớn thứ 2, tổng sản lượng lúa gạo đạt 40 - 50 triệu tấn/năm Quá trình sản xuất gạo tạo cám gạo, chiếm 10% khối lượng hạt thóc, coi phụ phẩm nông nghiệp, dùng làm thức ăn chăn nuôi xuất dạng nguyên liệu thơ Tuy nhiên, cám gạo có chứa nhiều chất dinh dưỡng protein, lipid, chất xơ, vitamin nhiều chất có hoạt tính sinh học cao γ-oryzanol, acid ferulic, tocotrienol, tocopherols, phystosterols, acid phytic, inositol, acid gamma amino butyric[4, 14, 17].Trong đó, γ-oryzanol chất dầu cám gạo chứng minh có số tác dụng giảm cholesterol, hạ lipid máu, hạ glucose máu bệnh nhân tiểu đường type 2, tăng cường chức dày, gan, ức chế tế bào ung thư đại tràng, dày, chống lão hóa, chống oxy hóa, giữ ẩm, làm trắng, bảo vệ da Các nước có cơng nghệ cao (Mỹ, Nhật) sản xuất lúa gạo lớn (Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Indonesia,…) phát triển công nghệ chiết xuất sản phẩm từ cám gạo như: dầu cám gạo tinh chế, γ-oryzanol làm nguyên liệu cho mỹ phẩm, thực phẩm chức sản phẩm chăm sóc da từ cám gạo để gia tăng giá trị hạt lúa gạo [4,28,39] Hiện giới, công nghệ chiết sử dụng dung môi CO siêu tới hạn để sản xuất dược chất hương liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên, kĩ thuật phát triển cạnh tranh với kỹ thuật truyền thống có ưu vượt trội, tạo sản phẩm có độ tinh khiết cao, giảm thiểu ô nhiễm môi trườngvà không để lại dư lượng hóa chất có hại cho sức khỏe người Đây tiêu chí quan trọng việc sản xuất chế phẩm hóa dược, mỹ phẩm thực phẩm [33,34,27] Để góp phần nâng cao giá trị lúa gạo, tạo sở cho sản xuất chế phẩm có tác dụng hóa mỹ phẩm, thực phẩm, chúng tôithực đề tài "Nghiên cứu chiết dầu cám gạo phương pháp dùng dung môi siêu CO2 tới hạn" với mục tiêu: -Khảo sát số điều kiện chiết dầu cám gạo sử dụng dung môi CO2 siêu tới hạn -Đánh giá hàm lượng γ-oryzanolcủa dầu cám gạo chiết Hàm lượng γ–oryzanol tính công thức ghi mục 2.3.1 Hiệu suất dầu cám gạo tính theo cơng thức mơ tả mục 2.3.4 Kết thu bảng 3.4 hình 3.4 Bảng 3.4 Hiệu suất chiết dầu cám gạo hàm lượng γ–oryzanol thay đổi thời gian chiết Thời gian (ph 30 phút 60 phút 120 phút 180 phút Hình 3.4 Hiệu suất chiết dầu cám gạo hàm lượng γ–oryzanol thay đổi thời gian chiết Nhận xét: Khi tăng thời gian chiết hiệu suất dầu cám gạo tăng lên hàm lượng γ–oryzanol dầu cám khơng thay đổi (khoảng 0,27 – 0,28%) Tốc độ chiết dầu cám gạo giảm dần theo thời gian, lượng dầu chiết thời điểm 120 phút 180 phút tương đương 14,48% 14,52% Kết cho thấy sau 120 phút chiết xuất lượng dầu cám chiết kiệt Nguyên nhân sau lượng dầu cám đi, làm giảm tốc độ chiết dầu cám 27 Kết luận: Như thời gian chiết ảnh hưởng tới hiệu suất chiết xuất, không ảnh hưởng tới hàm lượng γ–oryzanol dầu cám gạo Sau 120 phút dầu cám chiết gần hồn tồn, thời gian chiết 120 phút sử dụng nghiên cứu  Khảo sát ảnh hưởng áp suất chiết Tiến hành chiết dầu cám gạo với thơng số quy trình sau: -Khối lượng cám: 50g cám C2m -Nhiệt độ: 40ºC, -Áp suất: 350, 400, 450 bar -Tốc độ dòng CO2: 25g/phút -Thời gian chiết: 120 phút Hàm lượng γ–oryzanol tính cơng thức ghi mục 2.3.1 Hiệu suất dầu cám gạo tính theo cơng thức mơ tả mục 2.3.4 Kết thu bảng 3.5 hình 3.5 Bảng 3.5: Hiệu suất chiết dầu cám gạo hàm lượng γ–oryzanol thay đổi áp suất chiết Áp suất (bar) 350 400 450 Hình 3.5 Hiệu suất chiết dầu cám gạo hàm lượng γ–oryzanol thay đổi áp suất chiết 28 Nhận xét: Kết cho thấy thay đổi áp suất chiết, hiệu suất dầu cám gạo thu thay đổi không đáng kể (hiệu suất dầu cám gạo 350, 400, 450 bar 14,88%; 15,50%; 15,06%) Tuy nhiên có khác biệt chất lượng dầu cám (hàm lượng γ– oryzanol), áp suất 400 bar thu hàm lượng γ–oryzanol cao (0,31%) o Khi giữ nhiệt độ 40 C, tăng dần áp suất chiết tỷ trọng CO tăng, tăng độ hòa tan dầu Tuy nhiên chiết áp suất cao (350 bar – 450 bar), ảnh hưởng áp suất chiết tới độ hòa tan dầu dung mơi CO ít, khối lượng dầu cám thu áp suất thay đổi không nhiều Kết luận: Ở điều kiện chiết: áp suất 400 bar, nhiệt độ, 40ºC cho hiệu suất hàm lượng hàm lượng γ–oryzanol dầu cao áp suất chiết 400 bar lựa chọn sử dụng nghiên cứu  Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ chiết Tiến hành chiết dầu cám gạo với thông số quy trình sau: -Khối lượng cám:50g cám C2m -Nhiệt độ: 40ºC,60ºC,80ºC -Áp suất: 400 bar -Tốc độ dòng CO2:25g/phút -Thời gian chiết: 120 phút Hàm lượng γ–oryzanol tính công thức ghi mục 2.3.1 Hiệu suất dầu cám gạo tính theo cơng thức mơ tả mục 2.3.4 Kết thu bảng 3.6 hình 3.6 Bảng 3.6 Hiệu suất chiết dầu cám gạo hàm lượng γ–oryzanol thay đổi nhiệt độ chiết Áp suất (bar) 400 400 400 Hình 3.6 Hiệu suất chiết dầu cám gạo hàm lượng γ–oryzanol thay đổi nhiệt độ chiết Nhận xét: Từ kết thấy thay đổi nhiệt độ chiết, hiệu suất dầu cám gạo thu nhiệt độ 60ºC cao (16,27%), thấp nhiệt độ 80ºC (10,52%) Về chất lượng dầu cám (hàm lượng γ–oryzanol), nhiệt độ 60ºC thu hàm lượng γ–oryzanol cao so với nhiệt độ lại (0,5% so với 0,31% 0,44%) Khi giữ áp suất chiết cao 400 bar, tăng nhiệt độ từ 60ºC lên 80ºC tỷ trọng CO2 giảm, độ tan dầu, tốc độ khếch tán CO vào dầu cám giảm dẫn tới giảm hiệu suất chiết Như vậy, qua khảo sát điều kiện nhiệt độ áp suất cho thấy độ hiệu suất chiết, hàm lượng γ–oryzanol phụ thuộc vào khả hòa tan dầu dung mơi CO siêu tới hạn Khả hịa tan chất dung môi CO siêu tới hạn có ảnh hưởng tỷ trọng CO2 áp suất dầu điều kiện áp suất, nhiệt độ khác [26] Kết luận: Điều kiện chiết xuất áp suất 400 bar, nhiệt độ 60ºC sử dụng nghiên cứu  Khảo sát ảnh hưởng tốc độ dòng CO2 Tiến hành chiết dầu cám gạo với thơng số quy trình sau: -Khối lượng cám: 50g cám C2m -Nhiệt độ: 60ºC 30 -Áp suất: 400 bar -Tốc độ dòng CO2: 20, 25, 30 g/phút -Thời gian chiết: 120 phút Hàm lượng γ–oryzanol tính cơng thức ghi mục 2.3.1 Hiệu suất dầu cám gạo tính theo cơng thức mô tả mục 2.3.4 Kết thu bảng 3.7 hình 3.7 Bảng 3.7 Hiệu suất chiết dầu cám gạo hàm lượng γ–oryzanol thay đổitốc độ dòng CO2 áp suất 400 bar nhiệt độ 60ºC Tốc độ dòng C (g/phút) 20 25 30 Hình 3.7 Hiệu suất chiết dầu cám gạo hàm lượng γ–oryzanol thay đổi tốc độ dòng CO2 áp suất 400 bar nhiệt độ 60ºC Nhận xét: Từ kết thấy tăng tốc độ dịng CO2 hiệu suất chiết dầu cám gạo tăng lên không nhiều, tốc độ dòng chiết CO 30g/phút cho hiệu suất cao (16,67 %) Về chất lượng dầu cám (hàm lượng γ–oryzanol), tốc độ dòng 30 g/phút cao tốc độ dòng 20g/phút tốc độ dòng 25g/phút (0,52% so với 0,50%) Tuy nhiên khác biệt hiệu suất dầu cám gạo hàm lượng γ–oryzanol ba tốc độ dịng khác khơng đáng kể 31 Nguyên nhân tăng tốc độ dòng CO tăng tỷ lệ số phân tử CO đơn vị khối lượng cám gạo, làm tăng tương tác phân tử CO cám, làm tăng hịa tan, làm tăng khả hòa tan dầu cám Mặt khác tăng tốc độ dòng CO2 làm tăng chuyển khối, làm tăng lượng dầu hịa tan [26] Vì vậy, trình chiết, để tiết kiệm CO 2, chúng tơi lựa chọn tốc độ dịng CO 20g/phút Kết luận: Từ khảo sát rút điều kiện chiết hiệu chiết giờ, áp suất 400 bar, nhiệt độ 60ºC,tốc độ dòng CO2: 20g/phút 3.2 Thảo luận  Phương pháp xử lý ổn định hàm lượng acid béo tự cám Lipid cám gạo bị phân hủy enzym lipase sau bị bóc tách khỏi hạt gạo, làm tăng hàm lượng acid béo tự cám gạo, làm cám gạo có mùi ơi, khó chịu Theo nghiên cứu, 24 đầu không xử lý, lượng acid béo tự cám gạo tăng lên 7-8%, cám gạo giá trị Bằng phương pháp xử lý nhiệt theo phương pháp sấy tầng sôi, cám gạo ổn định chất lượng, sau tháng bảo quản điều kiện thường, hàm lượng acid béo tự khoảng 5% Kết cho thấy, xử lý ổn định chất lượng cám gạo phương pháp sấy tầng sôi đem lại hiệu tốt, phương pháp có khả triển khai công nghiệp  Hàm lượng acid béo tự cám gạo Hàm lượng acid béo tự cám gạo cao, dẫn đến độ acid dầu cám chiết cao, làm giảm lượng dầu cám gạo thu sau tinh chế (Tiêu chuẩn dầu thực vật có độ acid