Khảo sát độ bền và phương pháp bền hóa hợp chất carotenoid từ điều nhuộm (bixa orellana l)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - LAI QUỐC THUẦN KHẢO SÁT ĐỘ BỀN VÀ PHƯƠNG PHÁP BỀN HÓA HỢP CHẤT CAROTENOID TỪ ĐIỀU NHUỘM ( BIXA ORELLANA L) CHUYÊN NGÀNH : CƠNG NGHỆ HĨA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2008 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS PHẠM THÀNH QUÂN Cán chấm nhận xét : GS.TSKH NGUYỄN CÔNG HÀO Cán chấm nhận xét : TS LÊ THỊ HỒNG NHAN Luận văn bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ, TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 24 tháng 12 năm 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LAI QUỐC THUẦN Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 31/05/1981 Nơi sinh : Tp Hồ Chí Minh Chun ngành : Cơng Nghệ Hóa Hữu Cơ MSHV : 00506098 Khoá (Năm trúng tuyển) : Khóa 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI : Nghiên cứu Độ bền phương pháp bền hóa hợp chất carotenoid từ Điều Nhuộm ( BIXA ORALLANA L ) 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tách chiết tinh chế Bixin từ hạt điều nhuộm - Khảo sát trình bền hóa Bixin β – Cyclodextrin - Khảo sát độ bền nhiệt, ánh sáng, pH Bixin phức Bixin – β - Cyclodextrin - Khảo sát hoạt tính kháng oxi hóa Bixin phức Bixin – β- Cyclodextrin 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS PHẠM THÀNH QUÂN Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) TS PHẠM THÀNH QUÂN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành cám ơn : - Thầy TS Phạm Thành Quân truyền đạt kiến thức kinh nghiệm q báu q trình học tập tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian thực luận văn - Q thầy Khoa Cơng nghệ Hóa Học, mơn cơng nghệ hóa hữu giảng dạy, truyền đạt kiến thức quí báu tạo điều kiện thuận lợi cho thời gian làm luận văn phịng thí nghiệm hóa hữu - Q thầy Hội đồng bảo vệ luận văn đóng góp nhận xét chân thành cho kết đạt luận văn - Ban Giám đốc, lãnh đạo phòng, anh chị em đồng nghiệp Phịng Hóa Lý công ty dược phẩm Roussel Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ nhiều trình thực luận văn - Ths NCS Trần Văn Thành có ý kiến trao đổi, hướng dẫn góp ý q trình tiến hành thực nghiệm - Sinh viên Phạm Hồng Đức giúp đỡ tơi nhiều q trình tiến hành thực nghiệm - Các ban bè động viên, giúp đỡ nhiệt tình hỗ trợ trình thực luận văn - Cuối xin gởi lời cám chân thành sâu sắc đến tồn thể gia đình tơi động viên, hỗ trợ nhiều trình tơi học tập làm việc TĨM TẮT Hạt điều nhuộm biết đến nguồn nguyên liệu để sản xuất chất màu phục vụ cho công nghệp chế biến thực phẩm Thành phần chất màu đỏ tách chiết từ hạt điều nhuộm Bixin, chất thuộc họ carotenoid chất bột rắn, dễ bị phân hủy tác dụng ánh sáng, nhiệt độ tác nhân oxi hóa Vì vậy, ln văn tiến hành tách chiết tinh chế Bixin từ điều nhuộm Bixa Orellana L , encapule hóa Bixin β- Cyclodextrin Kết luận văn : - Tách chiết tinh chế Bixin đạt độ tinh khiết 96,7 % - Xác định phương pháp encapsule dạng rắn – paste phương pháp thích hợp để tiến hành trình encapsule - Việc tạo phức với beta cyclodextrin làm tăng độ bền Bixin tác dụng ánh sáng, nhiệt độ, môi trường pH - Đánh giá hoạt tính kháng oxi hóa Bixin phức Bixin - β Cyclodextrin gốc tự DPPH i ABSTRACT Bixa Orellana L seeds is known as resource of material for producting pigment for food industry Bixin or 6,6’ – diapo- φ,φ’ – carotenoid acid (mono) – methyl este, isolated and purified from seeds, is unstable So it was submitted to complex with a natural cyclodextrin model ( β – cyclodextrin), β – cyclodextrin complexation will protect for Bixin from the effects of light, air, pH, and oxidants such as free radical DPPH (α – α – diphenyl – β – picrylhydrazide) Results : - Isolating and purifying Bixin 96,7 % - Method solid – paste is suitable for encapsule processing - Bixin - β – cyclodextrin complexation is more stable from effects of light, air, pH, and oxidants such as free radical DPPH (α – α – diphenyl – β – picrylhydrazide) ii MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU PHẦN I : TỔNG QUAN CHƯƠNG : GIỚI THIỆU VỀ CÂY ĐIỀU NHUỘM I.1 Tên gọi I.2 Mô tả I.3 Phân bố I.4.Thành phần hóa học I.5.Cơng dụng CHƯƠNG : GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ CÁC HỢP CHẤT CAROTENOID II.1 Lịch sử nghiên cứu II.2 Nguồn gốc tự nhiên phân bố carotenoid II.3 Cấu tạo phân loại : II.3.1 Cấu tạo II.3.2 Phân loại – Danh pháp II.3.2.1 Phân loại II.3.2.2 Danh pháp II.4 Tính chất carotenoid 15 II.4.1 Tính tan II.4.2 Khả hấp thu ánh sáng 16 II.4.3 Độ bền carotenoid 19 II.4.4.Cơ chế kháng oxi hóa carotenoid 20 iii II.5 Carotenoid có hạt điều nhuộm 21 CHƯƠNG III : CYCLODEXTRIN VÀ QUÁ TRÌNH ENCAPSULE III.1 Cyclodextrin 23 III.1.1 Khái niệm 23 III.1.2 Tính chất cyclodextrin 26 III.2 Q trình encapsule hóa 28 III.2.1 Khái niệm phức nội 28 III.2.2 Phân loại 28 III.2.3 Những bước tạo thành phức nội 29 III.2.4 Những điều kiện ban đầu cho tạo phức 29 III.2.5 Các phương pháp điều chế phức 33 PHẦN II : THỰC NGHIỆM 35 I.KHẢO SÁT NGUYÊN LIỆU VÀ Q TRÌNH TRÍCH LY 36 BIXIN TỪ HẠT ĐIỀU NHUỘM I.1 Nguyên liệu – hóa chất – thiết bị 36 I.2 Xác định độ ẩm nguyên liệu 37 I.3 Qui trình tách chiết Bixin từ hạt điều 38 I.4 Nhân danh Bixin 40 I.5 Thiết lập đường chuẩn Bixin 40 II KHẢO SÁT Q TRÌNH ENCAPSULE HĨA BIXIN BẰNG β - CYCLODEXTRIN : 40 II.1 Phương pháp a ( Rắn – paste ) 41 II.2 Phương pháp b 43 II.3 Xác định hiệu xuất encapsule hóa 44 III KHẢO SÁT ĐỘ BỀN MÀU CỦA BIXIN VÀ PHỨC BIXIN – BETA CYCLODEXTRIN : 45 III.1 Khảo sát độ bền màu Bixin 45 iv III.2 Khảo sát độ bền màu phức Bixin – β- Cyclodextrin 46 III.3 Đánh giá khả kháng oxi hóa Bixin phức Bixin – βCyclodextrin 47 PHẦN III : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 49 I.KHẢO SÁT NGUYÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH TÁCH CHIẾT, TINH CHẾ BIXIN : 49 I.1 Xác định độ ẩm nguyên liệu 49 I.2 Nhận danh Bixin 49 II KHẢO SÁT Q TRÌNH ENCAPSULE HĨA BIXIN BẰNG BETA CYCLODEXTRIN : 52 II.1 Thiết lập đường chuẩn Bixin 52 II.2 Phổ Vis phức Bixin – β- Cyclodextrin 52 II.3 Khảo sát q trình encapsule hóa bixin β- Cyclodextrin 54 III KHẢO SÁT ĐỘ BỀN MÀU CỦA BIXIN VÀ CỦA PHỨC BIXIN– β- CYCLODEXTRIN 56 III.1 Khảo sát độ bền màu theo thời gian 56 III.2 Khảo sát độ bền màu tác pH 59 III.3 Khảo sát độ bền màu tác nhiệt độ 61 IV KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG OXI HĨA CỦA BIXIN VÀ PHỨC BIXIN – β- CYCLODEXTRIN 63 PHẦN IV : KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng I.1 Tóm tắt tên số nhóm C9 hai đầu phân tử carotenoid 12 1% ) Bảng I.2 Giá trị bước sóng hấp thu cực đại ( λmax ) độ hấp thu ( A1cm số carotenoid dung môi khác 17 Bảng I.3 Độ tan cyclodextrin nước nhiệt độ khác 26 Bảng I.4 : Các tính chất vật lý kích thước dạng phân tử cyclodextrin 27 Bảng III.1 Kết tính độ ẩm hạt điều nhuộm 49 Bảng III.2.Bảng tính chất vật lý Bixin 51 vi Bảng : Xác định hiệu suất trình encapsule phương pháp a - tỷ lệ 1:200 Thời gian khuấy Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày + Siêu âm Ngày + Siêu âm Ngày + Siêu âm Ngày + Siêu âm A Atb Hiệu suất (%) 0.741 0.741 0.741 31.1 0.686 0.686 0.686 36.2 0.620 0.620 0.620 42.4 0.612 0.612 0.612 43.1 0.714 0.714 0.714 33.6 0.629 0.629 0.629 41.5 0.586 0.586 0.586 45.5 0.566 0.566 0.566 47.4 Bảng : Xác định hiệu suất trình encapsule phương pháp b Tỷ lệ 1:50 1:100 1:200 Phụ lục A Atb Hiệu suất (%) 0.790 0.790 0.790 26.6 0.726 0.726 0.726 32.5 0.684 0.684 0.684 36.4 Phụ lục : Khảo sát độ bền màu Bixin phức Bixin – β - Cyclodextrin Bảng : Khảo sát độ bền màu Bixin theo thời gian điều kiện tránh ánh sáng – nhiệt độ phòng Thời gian (Ngày ) 11 14 16 18 21 A 1.046 1.032 0.995 0.941 0.921 0.895 0.829 0.802 0.771 0.679 1.046 1.032 0.995 0.941 0.921 0.895 0.829 0.802 0.771 0.679 Atb %A lại 1.046 1.032 0.995 0.941 0.921 0.895 0.829 0.802 0.771 0.679 100 98.66 95.12 89.96 88.05 85.56 79.25 76.67 73.71 64.91 Bảng : Khảo sát độ bền màu Bixin theo thời gian điều kiện ánh sáng phòng – nhiệt độ phòng Thời gian (Ngày ) 11 14 16 18 21 Phụ lục A 1.046 0.971 0.914 0.823 0.773 0.697 0.635 0.581 0.512 0.471 1.046 0.971 0.914 0.823 0.773 0.697 0.635 0.581 0.512 0.471 Atb %A lại 1.046 0.971 0.914 0.823 0.773 0.697 0.635 0.581 0.512 0.471 100 92.83 87.38 78.68 73.90 66.63 60.71 55.54 48.95 45.03 Bảng : Khảo sát độ bền màu phức Bixin – β - Cyclodextrin theo thời gian điều kiện tránh ánh sáng – nhiệt độ phòng Thời gian (Ngày ) 11 14 16 18 21 A 0.944 0.935 0.924 0.911 0.899 0.885 0.876 0.856 0.839 0.817 0.944 0.935 0.924 0.911 0.899 0.885 0.876 0.856 0.839 0.817 Atb %A lại 0.944 0.935 0.924 0.911 0.899 0.885 0.876 0.856 0.839 0.817 100 99.05 97.88 96.50 95.23 93.75 92.80 90.68 88.88 86.55 Bảng : Khảo sát độ bền màu phức Bixin – β - cyclodextrin theo thời gian điều kiện ánh sáng phòng – nhiệt độ phòng Thời gian (Ngày ) 11 14 16 18 21 Phụ lục A 0.944 0.915 0.882 0.832 0.806 0.779 0.706 0.688 0.661 0.643 0.944 0.915 0.882 0.832 0.806 0.779 0.706 0.688 0.661 0.643 Atb %A lại 0.944 0.915 0.882 0.832 0.806 0.779 0.706 0.688 0.661 0.643 100 96.93 93.43 88.14 85.38 82.52 74.79 72.88 70.02 68.11 Bảng : Khảo sát độ bền màu Bixin mơi trường pH3 – nhiệt độ phịng Thời gian (Ngày ) A 1.022 0.812 0.710 0.590 0.440 1.022 0.812 0.710 0.590 0.440 Atb %A lại 1.022 0.812 0.710 0.590 0.440 100 79.44 69.51 57.76 43.07 Bảng 10 : Khảo sát độ bền màu Bixin mơi trường pH4 – nhiệt độ phịng Thời gian (Ngày ) A 1.021 0.851 0.702 0.569 0.498 1.021 0.851 0.702 0.569 0.498 Atb %A lại 1.021 0.851 0.702 0.569 0.498 100 83.35 68.76 55.73 48.78 Bảng 11 : Khảo sát độ bền màu Bixin môi trường pH5 – nhiệt độ phòng Thời gian (Ngày ) A Atb %A lại 1.013 1.013 1.013 100 0.894 0.894 0.894 88.25 0.774 0.774 0.774 76.41 0.611 0.611 0.611 60.32 0.501 0.501 0.501 49.46 Bảng 12 : Khảo sát độ bền màu Bixin môi trường pH6 – nhiệt độ phòng Thời gian (Ngày ) Phụ lục A 1.029 0.928 0.795 0.633 0.529 1.029 0.928 0.795 0.633 0.529 Atb %A lại 1.029 0.928 0.795 0.633 0.529 100 90.18 77.26 61.52 51.41 Bảng 13 Khảo sát độ bền màu phức Bixin – β - Cyclodextrin môi trường pH3 – nhiệt độ phòng Thời gian (Ngày ) A 0.953 0.874 0.811 0.74 0.651 0.953 0.874 0.811 0.74 0.651 Atb %A lại 0.953 0.874 0.811 0.74 0.651 100 91.71 85.10 77.65 68.31 Bảng 14 Khảo sát độ bền màu phức Bixin – β - Cyclodextrin mơi trường pH4 – nhiệt độ phịng Thời gian (Ngày ) A 0.961 0.898 0.832 0.751 0.683 0.961 0.898 0.832 0.751 0.683 Atb %A lại 0.961 0.898 0.832 0.751 0.683 100 93.44 86.58 78.15 71.07 Bảng 15 Khảo sát độ bền màu phức Bixin – β - Cyclodextrin môi trường pH5 – nhiệt độ phòng Thời gian (Ngày ) Phụ lục A 0.957 0.901 0.834 0.785 0.719 0.957 0.901 0.834 0.785 0.719 Atb %A lại 0.957 0.901 0.834 0.785 0.719 100 94.15 87.15 82.03 75.13 Bảng 16 Khảo sát độ bền màu phức Bixin – β - Cyclodextrin môi trường pH6 – nhiệt độ phòng Thời gian (Ngày ) A 0.965 0.909 0.837 0.791 0.732 0.965 0.909 0.837 0.791 0.732 Atb %A lại 0.965 0.909 0.837 0.791 0.732 100 94.20 86.74 81.97 75.85 Bảng 17 Khảo sát độ bền màu Bixin nhiệt độ 500C Thời gian (Giờ ) A 1.035 0.935 0.814 0.696 0.607 0.562 1.035 0.935 0.814 0.696 0.607 0.562 Atb %A lại 1.035 0.935 0.814 0.696 0.607 0.562 100 90.34 78.65 67.25 58.65 54.30 Bảng 18 Khảo sát độ bền màu Bixin nhiệt độ 600C Thời gian (Giờ ) Phụ lục A 1.039 0.870 0.758 0.664 0.567 0.496 1.039 0.870 0.758 0.664 0.567 0.496 Atb %A lại 1.039 0.870 0.758 0.664 0.567 0.496 100 83.71 72.98 63.92 54.55 47.75 Bảng 19 Khảo sát độ bền màu Bixin nhiệt độ 700C Thời gian (Giờ ) A 1.044 0.847 0.733 0.624 0.519 0.468 1.044 0.847 0.733 0.624 0.519 0.468 Atb %A lại 1.044 0.847 0.733 0.624 0.519 0.468 100 81.17 70.25 59.79 49.78 44.84 Bảng 20 Khảo sát độ bền màu phức Bixin – β - Cyclodextrin 500C Thời gian (Giờ ) A 0.938 0.865 0.782 0.703 0.634 0.578 0.938 0.865 0.782 0.703 0.634 0.578 Atb %A lại 0.938 0.865 0.782 0.703 0.634 0.578 100 92.22 83.37 74.95 67.59 61.62 Bảng 21 Khảo sát độ bền màu phức Bixin – β - Cyclodextrin 600C Thời gian (Giờ ) Phụ lục A 1.039 0.870 0.758 0.664 0.567 0.496 1.039 0.870 0.758 0.664 0.567 0.496 Atb %A lại 1.039 0.870 0.758 0.664 0.567 0.496 100 83.71 72.98 63.92 54.55 47.75 Bảng 22 Khảo sát độ bền màu phức Bixin – β - Cyclodextrin 700C Thời gian (Giờ) A 1.044 0.847 0.733 0.624 0.519 0.468 1.044 0.847 0.733 0.624 0.519 0.468 Atb %A lại 1.044 0.847 0.733 0.624 0.519 0.468 100 81.17 70.25 59.79 49.78 44.84 Phụ lục 3: Kết khảo sát hoạt tính kháng oxi hóa Bixin phức Bixin – Cyclodextrin DPPH Bảng 23 Kết khảo sát hoạt tính kháng oxi hóa Bixin theo nồng độ Nồng độ Độ hấp thu mẫu thử Độ hấp thu mẫu Hoạt tính mẫu thử (ODT) chứng ( độ hấp thu kháng oxi hóa DPPH ban đầu ) - ODC ( HTCO) % (ppm) 1,175 25 1,123 4,43 50 1,089 7,32 100 1,039 11,57 250 0,915 22,13 500 0,816 30,55 750 0,712 30,4 1000 0,694 40,94 Phụ lục Bảng 24 So sánh khả kháng oxi hóa Bixin phức Bixin – β-Cyclodextrin Nồng độ mẫu thử Mẫu (ppm) Độ hấp thu Độ hấp thu Hoạt tính mẫu thử mẫu chứng ( độ kháng oxi (AT) hấp thu DPPH hóa ban đầu ) - AC (HTCO) % 1,095 100 500 1000 Phụ lục Bixin 0.975 10,96 Bixin - BCD 1,012 7,58 Bixin 0,750 31,32 Bixin - BCD 0,841 23,20 Bixin 0,640 41,55 Bixin - BCD 0,768 29,86 Phụ lục : Các phổ Bixin Phụ lục 4.1 Phổ UV-VIS Phụ lục Phụ lục Phụ lục 4.2.1 Phổ MS Phụ lục Phụ lục 4.2.2 Phổ HPLC Phụ lục Phụ lục 4.2.3 Bảng số liệu HPLC Phụ lục Phụ lục 4.3 Phổ IR Phụ lục 4.4 Phổ UV-VIS phức Bixin - β-CD Phụ lục ... III KHẢO SÁT ĐỘ BỀN MÀU CỦA BIXIN VÀ CỦA PHỨC BIXIN– β- CYCLODEXTRIN 56 III.1 Khảo sát độ bền màu theo thời gian 56 III.2 Khảo sát độ bền màu tác pH 59 III.3 Khảo sát độ bền màu tác nhiệt độ 61... tăng độ bền chất màu, tiến hành luận văn khảo sát độ bền q trình bền hóa chất màu đỏ trích từ hạt điều nhuộm β - cyclodextrin Mục tiêu luận văn gồm : - Tách chiết tinh chế Bixin trích từ hạt điều. .. Xác định hiệu xuất encapsule hóa 44 III KHẢO SÁT ĐỘ BỀN MÀU CỦA BIXIN VÀ PHỨC BIXIN – BETA CYCLODEXTRIN : 45 III.1 Khảo sát độ bền màu Bixin 45 iv III.2 Khảo sát độ bền màu phức Bixin – β- Cyclodextrin