Khóa luận tốt nghiệp dược sĩ FULL (BC VÀ CND) Nghiên cứu chiết dầu cám gạo bằng phương pháp dùng dung môi CO2 siêu tới hạn

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 chế 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 hồn 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 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 công 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 hạn (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 10 1.2 Thành phần hóa học cám gạo dầu cám gạo 11 1.3 Công dụng cám gạo dầu cám gạo 13 1.3.1 Công dụng cám gạo 13 1.3.2 Công dụng dầu cám gạo 14 1.3.3 Tác dụng dược lý γ- oryzanol 14 1.4 Các nghiên cứuchiết xuất dầu cám gạo CO2 siêu tới hạn 15 Chương 2.Đối tượng phương pháp nghiên cứu 17 2.1.Đối tượng nghiên cứu 17 2.1.1Đối tượng nghiên cứu 17 2.1.2 Hóa chất nghiên cứu 17 2.1.3 Thiết bị, dụng cụ nghiên cứu 17 2.2 Nội dung nghiên cứu 18 2.3 Phương pháp nghiên cứu 18 2.3.1 Xây dựng phương pháp định lượng γ-oryzanol dầu cám gạo 18 2.3.2 Khảo sát điều kiện chiết xuất 19 2.3.3 Xác định số acid, độ acid 19 2.3.4 Hiệu suất dầu cám gạo 20 Chương Kết thảo luận 21 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……………………………………………………………… 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 nơng nghiệp, dùng làm thức ăn chăn nuôi xuất dạng ngun 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, γoryzanol 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 CO2 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 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Công nghệ chiết tách phương pháp CO2 trạng thái siêu tới hạn (SCO2) 1.1.1 Sơ lược phương pháp chiết sử dụng dung môi trạng thái siêu tới hạn Những đặc tính khí nén CO2 quan tâm cách 130 năm Năm 1861, Gore người phát CO2 lỏng hồ tan camphor naphthalen cách dễ dàng cho màu đẹp lại khó hoà tan chất béo Tuy nhiên, từ năm 1875-1876 Andrew lại người nghiên cứu trạng thái siêu tới hạn CO2, tức CO2 chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí chưa đạt dạng khí hồn tồn mà điểm hai trạng thái lỏng- khí Một thời gian sau, Buchner (1906) công bố số hợp chất hữu khó bay lại có khả hồ tan SCO2 cao nhiều CO2 lỏng Năm 1920 – 1960 hàng loạt cơng trình nghiên cứu dung môi trạng thái siêu tới hạn đời Đó dung mơi như: ethanol, methanol, diethyl ether chất tan dùng để nghiên cứu: chất thơm, tinh dầu, dẫn xuất halogen, triglyceryd hoạt chất hữu khác Mặc dù CO2 lựa chọn dùng phương pháp có tính chất mà dung mơi khác khơng có Cho đến thập kỷ 80, cơng nghệ SCO2 thật phổ biến nghiên cứu cách sâu rộng [33]  Nguyên lý phương pháp chiết sử dụng dung môi trạng thái siêu tới hạn Đối với chất trạng thái khí,khi bị nén đẳng nhiệt tới áp suất đủ cao,chất khí hóa lỏng ngược lại Tuy nhiên có giá trị áp suất mà tăng nhiệt độ lên chất lỏng khơng hóa trở lại mà tồn dạng đặc biệt gọi trạng thái siêu tới hạn Vật chất trạng thái có tính trung gian,mang nhiều đặc tính chất khí chất lỏng [22] Chất trạng thái siêu tới hạn có tỉ trọng tương đương tỉ trọng pha lỏng,nhưng linh động phân tử lại lớn,sức căng bề mặt nhỏ,hệ số khuếch tán cao giống chất trạng thái khí Hình 1.1 biểu thị vùng trại thái siêu tới hạn chất biểu đồ cân pha rắn, lỏng khí chất theo biến thiên áp suất nhiệt độ Hình 1.1 Đồ thị biểu diễn trạng thái chất vùng siêu tới hạn [5] Giá trị PC phụ thuộc nhiều vào phân tử lượng chất, ví dụ với chất có phân tử lượng nhỏ hydrocacbon có số cacbon từ đến giá trị Pc chúng không cao mà xấp xỉ vào khoảng 45 bar [30] Giá trị Tc tăng theophân tử lượng lại phụ thuộc nhiều vào độ phân cực chất Độ phân cực phân tử lớn giá trị Tc lớn Điều giải thích chất phân cực, tồn lực cảm ứng cực phân tử,do lượng để phá vỡ trật tự phân tử chất pha lỏng lớn nhiều so với chất khơng phân cực Nếu phân tử có liên kết hydro giá trị Tc tăng lên lớn.Các thông số vật lý số dung môi điểm tới hạn trình bày bảng 1.1 Bảng 3.3 Kết khảo sát hàm lượng acid béo tự cám trước sau xử lý nhiệt Thời điểm Sau tháng tháng xay xát tháng tháng tháng Hàm lượng acid béo tự 1,20 1,25 1,85 2,30 3,6 5,25 (%) Hình 3.3 Biểu đồ biểu diễn thay đổi hàm lượng acid béo tự theo thời gian Kết thay đổi hàm lượng acid béo tự cám gạo cho thấy phương pháp sấy tầng sôi ổn định chất lượng dầu cám gạo, làm bất hoạt tác dụng enzym lipase Cám gạo sau xử lý nhiệt bảo quản thời gian dài mà khơng bị phân hủy, có mùi khét 3.1.3 Khảo sát điều kiện chiết xuất  Khảo sát khoảng thời gian chiết xuất Tiến hành chiết dầu cám gạo với thơng số quy trình sau: - Khối lượng cám: 50g cám C2m - Nhiệt độ: 40ºC - Áp suất: 350 bar - Tốc độ dòng CO2: 25g/phút - Thời gian chiết: 30, 60, 120, 180 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 3.4 hình 3.4 Bảng 3.4 Hiệu suất chiết dầu cám gạo hàm lượng γ–oryzanol thay đổi thời gian chiết Hiệu suất chiết dầu Hàm lượng γ–oryzanol cám gạo thu (%) (%) 30 phút 6,82 0,27 60 phút 11,08 0,28 120 phút 14,48 0,27 180 phút 14,52 0,27 Thời gian (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 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 hoàn toàn, 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 mô 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) Nhiệt độ (ºC) Hiệu suất chiết dầu cám gạo(%) Hàm lượng γ– oryzanol(%) 350 40 14,88 0,27 400 40 15,50 0,31 450 40 15,06 0,28 Hình 3.5 Hiệu suất chiết dầu cám gạo hàm lượng γ–oryzanol thay đổi áp suất chiết 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%) Khi giữ nhiệt độ 40oC, tăng dần áp suất chiết tỷ trọng CO2 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 CO2 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 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 3.6 hình 3.6 Bảng 3.6 Hiệu suất chiết dầu cám gạo hàm lượng γ–oryzanol thay đổi nhiệt độ chiết Áp suất (bar) Nhiệt độ (ºC) Hiệu suất chiết dầu cám gạo (%) Hàm lượng γ– oryzanol(%) 400 40 15,5 0,31 400 60 16,27 0,50 400 80 10,52 0,44 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 CO2 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 hịa tan dầu dung mơi CO2 siêu tới hạn Khả hòa tan chất dung mơi CO2 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 CO2 Hiệu suất chiết dầu Hàm lượng γ–oryzanol (g/phút) cám gạo (%) (%) 20 14,84 0,50 25 16,27 0,50 30 16,67 0,52 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 khơng nhiều, tốc độ dịng chiết CO2 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 31 ba tốc độ dòng khác không đáng kể 32 Nguyên nhân tăng tốc độ dịng CO2 tăng tỷ lệ số phân tử CO2 đơn vị khối lượng cám gạo, làm tăng tương tác phân tử CO2 cám, làm tăng hòa tan, làm tăng khả hịa tan dầu cám Mặt khác tăng tốc độ dòng CO2 làm tăng chuyển khối, làm tăng lượng dầu hòa tan [26] Vì vậy, trình chiết, để tiết kiệm CO2, chúng tơi lựa chọn tốc độ dịng CO2 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