Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình tinh chế axit ferulic (fa) thu được từ phản ứng thủy phân dầu kiềm thải của nhà máy trích ly cám gạo

i ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VÕ THỊ NGA HUYỀN NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TINH CHẾ AXIT FERULIC (FA) THU ĐƯỢC TỪ PHẢN ỨNG THỦY PHÂN DẦU KIỀM THẢI CỦA NHÀ MÁY TRÍCH LY CÁM GẠO Chun ngành : Hóa Hữu Mã số: 60 44 01 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học TS GIANG THỊ KIM LIÊN TS ĐỖ VĂN MẠNH Đà Nẵng, Năm 2017 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Võ Thị Nga Huyền iii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Giang Thị Kim Liên TS Đỗ Văn Mạnh, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt thời gian làm luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể cán Trung tâm Công nghệ Môi trường Đà Nẵng, Viện Công nghệ Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ, hướng dẫn tơi suốt q trình thực nghiệm đề tài Tôi đặc biệt xin cảm ơn Th.s Trương Thị Hịa – người giúp đỡ tơi nhiều suốt q trình thực luận văn Tơi xin cảm ơn nhiệt tình giảng dạy quý thầy giáo suốt q trình học tập Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến người thân gia đình bạn bè gần xa động viên giúp đỡ suốt trình học tập nghiên cứu Tác giả luận văn Võ Thị Nga Huyềnø iv MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN VĂN vii DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH, ẢNH ix MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu .2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài .3 Bố cục luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN .5 1.1 GIỚI THIỆU VỀ AXIT FERULIC (FA) .5 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI VỀ AXIT FERULIC 1.3 TÁC DỤNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA AXIT FERULIC 10 1.3.1 Tác dụng axit ferulic 10 1.3.2 Ứng dụng axit ferulic .11 1.4 DẦU KIỀM THẢI SOAPSTOCK – NGUYÊN LIỆU ĐIỀU CHẾ AXIT FERULIC 13 1.5 NGUỒN NGUYÊN LIỆU SOAPSTOCK TẠI VIỆT NAM .16 CHƯƠNG CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .19 2.1 NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT, THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU .19 2.1.1 Nguyên liệu 19 2.1.2 Hóa chất, thiết bị nghiên cứu 19 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 20 v 2.2.1 Sơ đồ thực nghiệm 20 2.2.2 Xác định hàm lượng rắn – khô mẫu soapstock .22 2.2.3 Chiết γ-oryzanol từ soapstock 22 2.2.4 Xác định hàm lượng γ-oryzanol FA có mẫu soapstock 25 2.2.5 Phản ứng thủy phân dịch chiết γ-oryzanol thu nhận axit ferulic .27 2.2.6 Tách tinh chế FA từ hỗn hợp phản ứng .30 2.2.7 Thăm dò độ FA dịch chiết sắc ký mỏng 32 2.2.8 Xác định hàm lượng độ tinh khiết FA thu từ dịch chiết HPLC pha đảo 32 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 HÀM LƯỢNG RẮN – KHÔ TRONG MẪU SOAPSTOCK 34 3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT CHIẾT γ-ORYZANOL TỪ SOAPSTOCK 34 3.2.1 Chọn EtOAc dung mơi thích hợp để chiết γ-oryzanol .34 3.2.2 Ảnh hưởng tỉ lệ EtOAc/soapstock (V/m) đến hiệu suất chiết γoryzanol 35 3.2.3 Ảnh hưởng thời gian siêu âm đến trình chiết γ-oryzanol 36 3.3 HÀM LƯỢNG γ-ORYZANOL VÀ AXIT FERULIC CÓ TRONG MẪU SOAPSTOCK 37 3.4 PHẢN ỨNG THỦY PHÂN DỊCH CHIẾT γ-ORYZANOL VÀ QUÁ TRÌNH TẠO THÀNH AXIT FERULIC .41 3.4.1 Phản ứng thủy phân dịch chiết γ-oryzanol trình tạo thành axit ferulic 41 3.4.2 Sự chuyển hóa đồng phân axit ferulic sau phản ứng 44 3.5 TÁCH VÀ TINH CHẾ AXIT FERULIC TỪ HỖN HỢP PHẢN ỨNG THỦY PHÂN 46 3.6 KẾT QUẢ THĂM DÒ ĐỘ SẠCH CỦA DỊCH CHIẾT CHỨA AXIT FERULIC BẰNG SẮC KÝ BẢN MỎNG .48 vi 3.7 HÀM LƯỢNG VÀ ĐỘ TINH KHIẾT CỦA AXIT FERULIC TRONG CÁC DỊCH CHIẾT EtOAc 50 3.7.1 Hàm lượng axit ferulic có dịch chiết EtOAc 50 3.7.2 Độ tinh khiết axit ferulic dịch chiết EtOAc .51 3.7.3 Tính độ tinh khiết axit ferulic 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) PHỤ LỤC vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN VĂN ACN : Acetonitrile EtOAc : Ethyl acetate EtOH : Ethanol FA : Axit Ferulic HPLC : High Performance Liquid Chromatography Me : Methyl MeOH : Methanol Or : Oryzanol ppm : Parts per million Rf : Retention factor ST : Soapstock UV : Ultraviolet viii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 1.1 Hàm lượng γ-oryzanol bị qua trình tinh chế 13 2.1 Khối lượng mẫu soapstock trước sấy 22 2.2 Cách lập đường chuẩn γ-oryzanol 25 2.3 Cách lập đường chuẩn axit trans-ferulic 26 2.4 Cách lập đường chuẩn ethyl ferulate 27 3.1 Hàm lượng chất rắn có mẫu soapstock 34 3.2 Độ tan γ-oryzanol dung mơi khác 35 Diện tích pic nồng độ tương ứng trans-ferulic γ- 38 3.3 oryzanol 3.4 Sự chuyển hóa đồng phân FA 45 3.5 Khối lượng axit ferulic dịch chiết EtOAc 50 3.6 Khối lượng cao chiết thu từ dịch chiết S St 53 ix DANH MỤC CÁC HÌNH, ẢNH Số hiệu Tên hình, ảnh hình, ảnh Trang 1.1 Các dạng bền gốc tự axit ferulic 1.2 Sơ đồ tách γ-oryzanol từ soapstock 1.3 Sơ đồ sinh tổng hợp vanillin từ FA 12 1.4 Sơ đồ tinh chế dầu cám gạo phương pháp hóa học 14 1.5 Cơng thức cấu tạo hợp chất γ-oryzanol 15 1.6 Sơ đồ phản ứng thủy phân γ-oryzanol 15 1.7 Giai đoạn tạo thành soapstock nhà máy 17 2.1 Mẫu soapstock trình sản xuất dầu cám gạo cơng ty TNHH Wilmar Agro Việt Nam 19 2.2 Sơ đồ trình thực nghiệm 21 2.3 Sơ đồ chiết γ-oryzanol từ soapstock 24 2.4 Quy trình loại tạp để thu dịch chiết EtOAc tổng 31 3.1 3.2 Ảnh hưởng tỉ lệ dung môi/soapstock (V/m) đến hiệu suất chiết γ-oryzanol Ảnh hưởng thời gian siêu âm đến trình chiết γoryzanol 35 36 3.3 Phương trình đường chuẩn γ-oryzanol 37 3.4 Phương trình đường chuẩn trans-ferulic axit 37 3.5 Phương trình đường chuẩn ethyl ferulate 38 3.6 3.7 3.8 Sắc ký đồ HPLC dịch chiết soapstock với tỉ lệ EtOAc/soaptock: 5/1, 325 nm (ST03 ST04) Hệ phản ứng thủy phân tiến hành bể điều nhiệt Sắc ký đồ HPLC (325 nm) phản ứng thủy phân γoryzanol 75ºC 60 phút; 120 phút; 180 phút 40 41 42 x 3.9 Sắc ký đồ HPLC (325 nm) dung dịch sau phản ứng 43 Hình ảnh đồng phân trans cis sắc ký đồ HPLC 3.10 (325 nm) mẫu sau phản ứng thời điểm khác 46 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 Sự tách pha sau thêm n-hex/H2O Axit ferulic kết tủa trắng tạp chất khác sau thêm H2SO4 Sắc ký mỏng dịch chiết EtOAc chạy với hệ dung môi khác Hiệu suất chiết trung bình axit ferulic dịch chiết S1, S2, S3, S4 a) Sắc ký đồ HPLC pha thuận dich chiết S1 (325 nm) b) Sắc ký đồ HPLC pha thuận dich chiết St (325 nm) 47 48 49 51 52 53 đường màu đen: (a): axit ferulic dịch chiết S1 (b): axit ferulic dịch chiết St Dựa vào hình 3.15 ta nhận thấy, dịch chiết St tương đối dịch chiết S1 độ tinh khiết FA dịch chiết tương đối cao, điều phù hợp với kết sắc ký mỏng khảo sát mục 3.6 3.7.3 Tính độ tinh khiết axit ferulic Tiến hành xác định độ tinh khiết dịch chiết St mô tả mục 2.2.7 Sau xác định độ tinh khiết dịch chiết St, tiếp tục thêm dịch chiết S1 vào, tiến hành cô quay tiếp khơ hồn tồn, ta xác định độ tinh khiết dịch chiết S Kết thu trình bày bảng 3.6 Bảng 3.6 Khối lượng cao chiết thu từ dịch chiết St S Dịch Khối lượng bình cân trước Khối lượng bình cân Khối lượng cao chiết quay (mo) sau quay, khơ chiết (mS) hồn tồn (m1) St 111 2812 g 111.4895 g 0.2083 g (208.3 mg) S 111 2812 g 111 6323 g 0.3511 g (351.1 mg) Áp dụng cơng thức tính độ tinh khiết theo mục 2.2.7, ta có: T(S) = T(St) = *100% = *100% = *100%= 59.4% *100%= 78% Như vậy, dịch chiết S (hiệu suất chiết 90.3%) có độ tinh khiết 59.4%; chọn dịch chiết St bao gồm 03 lần chiết sau (hiệu suất chiết 70.4%), ta thu dịch chiết có độ tinh khiết cao 78% 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua trình tiến hành thực nghiệm, với mục tiêu nghiên cứu ban đầu, thu kết sau: – Các yếu tố ảnh hưởng đến trình chiết γ-oryzanol từ soapstock: + Chọn EtOAc dung môi chiết γ-oryzanol + Tỉ lệ EtOAc/soapstock (V/m): 5/1 + Thời gian siêu âm: 20 phút + Hàm lượng γ-oryzanol dịch chiết: 3.1% – Thủy phân dịch chiết chứa γ-oryzanol thu axit ferulic thô với hiệu suất phản ứng thủy phân đạt 74.7% – Nghiên cứu chuyển hóa qua lại đồng phân trans cis feulic axit, nhận thấy chuyển hóa xảy nhanh (thể sắc ký đồ HPLC thời điểm đo khác nhau), đó, để tinh chế kết tinh trans-ferulic cần phải thực sớm sau phản ứng thủy phân kết thúc – Xây dựng quy trình tinh chế trans-axit ferulic, dịch chiết chứa axit ferulic thăm dò độ sắc ký mỏng, đồng thời định tính định lượng phương pháp HPLC, kết thu dịch chiết chứa axit ferulic có độ tương đối cao, độ tinh khiết: 78% Từ dịch chiết cô đặc phần trans-axit ferulic kết tinh (còn lẫn tạp chất màu nâu) Kiến nghị Do thời gian thực luận văn hạn chế, phần tinh chế axit ferulic chứa tạp chất chưa thực Đề nghị tiếp tục nghiên cứu xây dựng quy trình tách chiết, phân lập để thu trans-ferulic tinh khiết phương pháp sắc ký cột 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG ANH [1] M.S Balasubashini, R Rukkumani, P Viswanathan, V.P Menon (2004), Ferulic acid alleviates lipid peroxidation in diabetic rats Phytother Res, 18, pp 310–314 [2] Buranov, A.U and G Mazza (2009), “Extraction and purification of ferulic acid from flax shives, wheat and corn bran by alkaline hydrolysis and pressurised solvents”, Food Chemistry, 115(4), pp 1542-1548 [3] Graf, E (1992), “Antioxidant potential of ferulic acid”, Free Radical Biology and Medicine, 13(4), pp 435-448 [4] Hayashi, C., et al (1994), Method of manufacturing ferulic acid, , Google Patents [5] Juliano, C., et al (2005), “Antioxidant activity of gamma-oryzanol: Mechanism of action and its effect on oxidative stability of pharmaceutical oils”, International Journal of Pharmaceutics, 299(1–2), pp 146-154 [6] H Kikuzaki, M Hisamoto, K Hirose, K Akiyama, H Taniguchi (2002), Antioxidant properties of ferulic acid and its related compounds J Agric Food Chem., 50, pp 2161–2169 [7] C King, W Tang, J Ngui, T Tephly, M Braun (2001), Characterization of rat and human UDP-glucuronosyltransferases responsible for the in vitroglucuronidation of diclofenac Toxicol Sci., 61, pp 49–5 [8] Liu, Z., et al (2006), “Microwave-assisted extraction and high-speed countercurrent chromatography purification of ferulic acid from Radix Angelicae sinensis”, Separation and Purification Technology, 52(1), pp 18-21 [9] Liu Y (1987), Pharmaceutical composition for increasing immunity and decreasing side effects of anticancer chemotherapy US patent, 4,687,761 [10] Mancuso, C and R Santangelo (2014), “Ferulic acid: Pharmacological and toxicological aspects”, Food and Chemical Toxicology, 65(0), pp 185-195 56 [11] Y Masaji (1999), “Preventive method of coloring agricultural products using ferulic acid”, Preservation measures for food products, Tech J Food Chem Chem., 8, pp 76–79 [12] Mussatto, S.I., G Dragone, and I.C Roberto (2007), “Ferulic and p-coumaric acids extraction by alkaline hydrolysis of brewer's spent grain”, Industrial Crops and Products, 25(2), pp 231-237 [13] Ou, S., et al (2007), “Seperation and purification of ferulic acid in alkalinehydrolysate from sugarcane bagasse by activated charcoal adsorption/anion macroporous resin exchange chromatography”, Journal of Food Engineering, 78(4), pp 1298-1304 [14] Salleh, N.H.M., et al (2011), “Optimization of alkaline hydrolysis of paddy straw for ferulic acid extraction”, Industrial Crops and Products, 34(3), pp.1635-1640 [15] Teh, S.-S and E.J Birch (2014), “Effect of ultrasonic treatment on the polyphenol content and antioxidant capacity of extract from defatted hemp, flax and canola seed cakes”, Ultrasonics Sonochemistry, pp.346-353 [16] Tsuchiya T, Takasawa M (1975), Oryzanol, ferulic acid, and their derivatives as preservatives, Japan Kokai 07, 518–521 [17] B Wang, J Ouyang, Y Liu, J Yang, L Wei, K Li, H Yang (2004), Sodium ferulate inhibits atherosclerogenesis in hyperlipidemia rabbits, J Cardiovasc Pharmacol, 43, pp 549–554 [18] Zhao, S., et al (2009), “Preparation of ferulic acid from corn bran: Its improved extraction and purification by membrane separation”, Food and Bioproducts Processing, (0) [19] Zullaikah, S., E Melwita, and Y.-H Ju (2009), “Isolation of oryzanol from crude rice bran oil”, Bioresource Technology, 100(1), pp 299-302 Internet [20] https://vi.wikipedia.org/wiki/Diesel_sinh_h%E1%BB%8Dc 57 [21].http://wilmar-agro.com.vn/thong-tin-chung/gioi-thieu-cong-ty-tnhh-wilmaragro-viet-nam.aspx [22] http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X14000368 ... axit ferulic với hiệu suất cao Qua trình nghiên cứu sơ ban đầu, định chọn đề tài ? ?Nghiên cứu điều kiện ảnh hưởng đến trình tinh chế axit ferulic (FA) thu từ phản ứng thủy phân dầu kiềm thải nhà máy. .. gian) – Nghiên cứu điều kiện ảnh hưởng đến trình tinh chế axit ferulic với hiệu suất cao Đối tượng phạm vi nghiên cứu – Điều tra sơ bộ, thu mẫu dầu thải soapstock nhà máy sản xuất cám gạo – Chiết... Tại Việt Nam, nói hướng nghiên cứu điều chế axit ferulic từ dầu kiềm thải soapstock nhà máy trích ly cám gạo hướng nghiên cứu hồn tồn mới, chưa có nhà khoa học nước đề cập đến, chưa cơng bố Việt