Luận án tiến sĩ khảo sát nguồn nguyên liệu, nghiên cứu nâng cao hiệu suất tách chiết và chất lượng rutin từ nụ hoa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THU HUYỀN KHẢO SÁT NGUỒN NGUYÊN LIỆU, NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU SUẤT TÁCH CHIẾT VÀ CHẤT LƯỢNG RUTIN TỪ NỤ HOA HOÈ VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THU HUYỀN KHẢO SÁT NGUỒN NGUYÊN LIỆU, NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU SUẤT TÁCH CHIẾT VÀ CHẤT LƯỢNG RUTIN TỪ NỤ HOA HOÈ VIỆT NAM Chuyên ngành: Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học Mã số: 62.52.77.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS PHẠM VĂN THIÊM GS.TSKH PHAN ĐÌNH CHÂU HÀ NỘI 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 09 tháng 12 năm 2010 Người cam đoan Nguyễn Thị Thu Huyền Lời cảm ơn Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc tới gia đình bạn bè, người quan tâm, động viên giúp vượt qua khó khăn q trình học tập nghiên cứu vừa qua Tôi xin bày tỏ lời chân thành cảm ơn tới GS.TS Phạm Văn Thiêm GS.TSKH Phan Đình Châu, người Thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô Bộ môn Q trình Thiết bị & Cơng nghệ hố học; Bộ mơn Hóa dược & Bảo vệ Thực vật; Viện Đào tạo sau Đại học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội ln quan tâm, giúp đỡ đóng góp ý kiến giúp tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp Trung tâm Giáo dục Phát triển Sắc ký; Trung tâm Công nghệ Vật liệu Môi trường - Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội hết lòng quan tâm, tạo điều kiện giúp tơi hồn thành xuất sắc nhiệm vụ giao Cảm ơn phối hợp giúp đỡ PTN Vilas 335, PTN Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Môi trường - Viện khoa học Công nghệ Môi trường (ĐH Bách Khoa Hà Nội), PTN Hóa vật liệu (ĐH Khoa học tự nhiên), Phịng nghiên cứu cấu trúc (Viện hóa học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam) giúp đo số phổ đánh giá kết nghiên cứu luận án Cuối xin cảm ơn tất em sinh viên làm việc thời gian qua Sự quan tâm em nguồn động lực lớn lao giúp tơi vượt qua khó khăn ln hướng phía trước Hà Nội, ngày 09 tháng 12 năm 2010 NGƯỜI CẢM ƠN Nguyễn Thị Thu Huyền KÝ HIỆU MỘT SỐ CHỮ VIẾT TẮT UV-VIS Quang phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến Cộng hưởng từ proton H-NMR 13 Cộng hưởng từ hạt nhân 13C HPLC Sắc ký lỏng cao áp pre- HPLC Sắc ký lỏng điều chế GC-MS Sắc ký khí - khối phổ SK Sắc ký SKC Sắc ký cột KLK Khối lượng khô KLT Khối lượng tươi DM Dung môi CK Chân khơng SPME Vi chiết pha rắn PTN Phịng thí nghiệm MKL Mất khối lượng PP Phương pháp TL Trọng lượng KT Kết tinh TCDĐ Tiêu chuẩn dược điển TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam HIV Virut suy giảm miễn dịch người, gây bệnh AIDS ADP Ađenôzin điphosphat C-NMR ddA, ddA1, ddA2, Các dung dịch A, B, G (chỉ số 1,2 cấp độ pha ddB1, ddG, ddG1 loãng) Speak Diện tích peak rutin thu từ phân tích HPLC SSmax Sai số lớn THF Tetra hydrofuran DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC q1, q0 Lượng rutin phân hủy, lượng rutin thơ trích ly được, kg qlt, qtn Lượng rutin trích ly tính theo lý thuyết, thực nghiệm, kg F R, NA Bề mặt tiếp xúc pha, m2 Hằng số khí (0,0821 atm/mol.độ), số Avogadro (6,023.1023) η Độ nhớt dung mơi r Bán kính tiêu chuẩn khuếch tán β Hệ số cấp khối từ pha rắn vào pha lỏng 2l Bề dày tiểu phân vật liệu Dn, D Hệ số khuếch tán nội, khuếch tán phân tử, m2/h δ Chiều dày lớp biên khuếch tán n Số phương sai m Số lần lặp yu Giá trị đo lần lặp thứ u s2i Phương sai chung s2ts Phương sai tái sinh chung fi Số bậc tự mẫu fts Số bậc phương sai chung sts Sai số thí nghiệm (sai số tái sinh) yi Giá trị thực nghiệm ∧ yi t(p,f2) Giá trị tính từ hàm hồi quy lý thuyết Tiêu chuẩn Student tra bảng mức có nghĩa p bậc tự lặp f2 Sb Độ lệch chuẩn phân bố b m Số thực nghiệm lặp tâm y a y0 F ( p, f1 , f2 ) Giá trị thực nghiệm lặp thứ a Giá trị trung bình cộng thực nghiệm lặp Chuẩn số fisher (mức có nghĩa p, bậc tự dư f1 = N-l, bậc tự lặp f2 = m-1) l Số hệ số có nghĩa mơ tả thống kê T Thời gian cần trích ly 63,212% lượng rutin tối đa Ktl Hằng số tốc độ trình trích ly, kg/m2phút Kph Hằng số tốc độ q trình phân hủy, kg/m2phút K Lượng rutin tối đa trích ly được, kg Kv Tỷ lệ dung môi/pha rắn, kg/kg ml/g K1 Hàm lượng rutin ban đầu nụ hịe, % K2 Diện tích bề mặt riêng pha trắn, m2.kg-1 Kcb Hằng số cân bằng, kg hạt hòe xay (hoặc nghiền)/kg dung mơi m Khối lượng hạt hịe xay (hoặc nghiền), kg Q Tổng lượng rutin chứa hạt hịe xay (hoặc nghiền), kg τ, t Thời gian trích ly (phút), thời gian bảo quản (năm) X1 Thành phần tạp chất nụ nguyên liệu, % X2 Thành phần nụ hịe khơng đạt quy cách, % A Thành phần ẩm hòe xay (nghiền), % σi Phân bố theo kích thước tập hợp hạt, % ρh Khối lượng riêng hạt hịe xay (hoặc nghiền), kg/m3 Cpha, Ctính Nồng độ rutin pha nồng độ tính qua phân tích HPLC d Đường kính hạt hịe xay (hoặc nghiền), cm p Khối lượng quercetin thu (g) M1 k1,k2 Khối lượng mẫu cực đại Hằng số r1 Bán kính cột L Chiều dài cột K1 Hệ số phân bố ρ0 Khối lượng riêng chất nhồi As Diện tích bề mặt chất hấp thụ dP Đường kính hạt nhồi Speak Diện tích peak mcắn Khối lượng cắn chiết khô, g mQ Khối lượng quercetin tạo thành, g m0kh Khối lượng bột nụ khô tuyệt đối, g mtcrut Khối lượng rutin thu sau tinh chế, g mdm Khối lượng dung mơi, kg Vdm Thể tích dung mơi, ml A362,5 Độ hấp thụ rutin bước sóng 362nm Speak Diện tích peak thu qua phân tích HPLC ^ Y Hàm mục tiêu (hiệu suất trích ly rutin) z1 Biến thực thời gian trích ly rutin (phút) z2 Biến thực, biến mã tỷ lệ lỏng/rắn (ml/g) z3 Biến thực, biến mã vận tốc khuấy (vòng/phút) Z1, Z2 Độ trở kháng âm môi trường 1,2 x1 Biến mã thời gian trích ly rutin x2 Biến mã tỷ lệ lỏng/rắn x3 Biến mã vận tốc khuấy Htn (Hlt) Hiệu suất trích ly rutin từ thực nghiệm (tính theo lý thuyết), % Htd Hiệu suất trích ly rutin tối đa HTC Hiệu suất tinh chế rutin, % HLth (HLt) Hàm lượng rutin thô (tinh), % Vr Thể tích thiết bị phản ứng, m3 N Năng suất thiết bị 24h, m3 ∆t Độ chênh lệch thời gian, năm ∆HTC Độ chênh lệch hiệu suất tinh chế R Hệ số phản xạ sóng siêu âm DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Tiêu chuẩn dược điển rutin Đức, Mỹ, Liên Xô, Việt Nam 45 Bảng 3.1: Thành phần tạp độ ẩm mẫu hòe 60 Bảng 3.2: Phân bố dạng nụ mẫu nghiên cứu 60 Bảng 3.3: Phân bố kích thước tập hợp hạt hoè xay1,2 (nghiền) 61 Bảng 3.4: Khối lượng riêng hạt hòe xay1,2 (nghiền) ướt 62 Bảng 3.5: Các cấu tử định tính phần chiết clorofoc 64 Bảng 3.6: Các cấu tử định tính phần chiết n-hexan 64 Bảng 3.7: Các cấu tử định tính phần chiết metanol 65 Bảng 3.8: Các nhóm chất phát nụ hịe khơ 66 Bảng 3.9: Thành phần tinh dầu nụ hoa hòe 68 Bảng 3.10: Thành phần rutin nụ hòe số vùng (PP TL) 72 Bảng 3.11: Độ hấp thụ dung dịch rutin chuẩn 74 Bảng 3.12: Thành phần rutin nụ hòe số vùng (PP UV-VIS) 76 Bảng 3.13: Thành phần rutin nụ hòe số vùng (PP HPLC) 77 Bảng 3.14: Tổng kết thành phần rutin nụ hoè theo ba phương pháp 79 Bảng 3.15: Phương sai theo kết phân tích trọng lượng* 81 Bảng 3.16: Phương sai theo kết phân tích UV-VIS* 82 Bảng 3.17: Phương sai theo kết phân tích HPLC* 83 Bảng 3.18: Thành phần rutin dạng nụ hoè 84 Bảng 3.19: Độ giảm rutin nụ hòe theo thời gian bảo quản 85 Bảng 3.20: Điều kiện khảo sát q trình trích ly rutin nước 87 Bảng 3.21: Kết ảnh hưởng Kv, τ T0 đến q trình trích ly 87 Bảng 3.22: Kết trích ly rutin nước dung dịch kiềm (NaOH, pH = 8) 90 Bảng 3.23: Kết trích ly rutin tác động sóng vi ba siêu âm 91 Bảng 3.24: Khảo sát ảnh hưởng CNaOH, τngâm, pH đến q trình trích ly 93 Bảng 3.25: Kết trích ly rutin NaOH điều kiện tối ưu 97 Bảng 3.26: Ảnh hưởng nồng độ borax đến trình trích ly rutin 97 Bảng 3.27: Kết xác định pH cho dung mơi pha trích 99 Bảng 3.28: Ảnh hưởng pH đến lượng rutin kết tủa 101 Bảng 3.29: Ảnh hưởng thời gian trích ly đến lượng rutin 101 Bảng 3.30 Kết phân tích kim loại xác định Na, B, Ca rutin 103 Bảng 3.31: Kết trích ly rutin cồn (có/khơng siêu âm) 104 Bảng 3.32: Kết trích ly dung môi dùng siêu âm 106 Bảng 3.33: Kết tổng kết trình trích ly rutin (Kv = 20) 108 Bảng 3.34: Kế hoạch thực nghiệm bậc hai mức tối ưu 109 Bảng 3.35: Kết quy hoạch thực nghiệm trích ly rutin có khuấy trộn 110 Bảng 3.36: Kết trích ly rutin sử dụng siêu âm khuấy trộn 112 Bảng 3.37: Ảnh hưởng độ mịn ngun liệu đến q trình trích ly rutin 113 Bảng 3.38 Kết tính tốn Kv (với mHịe = 0,01kg) 114 Bảng 3.39: Kết trích ly rutin Kv thay đổi 114 Bảng 3.40: Hiệu suất trích ly hàm lượng rutin tần số 25kHz 30kHz 115 Bảng 3.41: Kết q trình trích ly rutin Kv=15,836kg/kg 117 Bảng 3.42: Kết kiểm chứng mơ hình Kv = 11,877kg/kg 118 Bảng 3.43: Diện tích bề mặt riêng tập hợp hạt theo phân bố (i=1÷6) 119 Bảng 3.44: Ảnh hưởng Kv đến q trình trích ly rutin 30kHz 120 Bảng 3.45: Lượng rutin trích ly theo thực nghiệm mơ hình 122 Bảng 3.46: KX TX mơ hình trích ly hạt xay2 35Hz, 30kHz, 25kHz 122 Bảng 3.47: Các thơng số mơ hình trích ly siêu âm hạt hòe xay2 123 Bảng 3.48: Các thơng số mơ hình trích ly hạt nghiền, xay1,2 25kHz 125 Bảng 3.49: Các thơng số mơ hình trích ly rutin khuấy trộn lị vi sóng 128 Bảng 3.50: Kế hoạch nghiên cứu tinh chế rutin theo mục tiêu 130 Bảng 3.51: Kết tinh chế rutin dung môi 130 Bảng 3.52: Kết tinh chế rutin hệ dung môi 131 Bảng 3.53: Kết phân tích dung mơi sau rửa giải cột 133 Bảng 3.54: Kết tinh chế rutin sắc ký cột 133 Bảng 3.55: Kết cắt phân đoạn theo peak rutin 137 Bảng 3.56: Hàm lượng rutin phân đoạn sau cắt peak 137 10 186 Hình F.4: Phổ 13C NMR rutin 187 Hình F.5: Phổ 13C NMR & DEPT rutin 188 Hình F.6: Phổ 13C NMR & DEPT rutin (tiếp) 189 Hình F.7: Phổ HMBC rutin 190 Hình F.8: Phổ HMBC rutin (tiếp) 191 Hình F.9: Phổ HMBC rutin (tiếp) 192 Hình F.10: Phổ HMQC rutin 193 Hình F.11: Phổ HMQC rutin (tiếp) 194 Hình F.12: Phổ HMQC rutin (tiếp) Bảng F.1: Kết phân tích kim loại rutin 75,74% (bằng ICP-MS) 195 Bảng F.2: Kết phân tích kim loại rutin 80,01% (bằng ICP-MS) 196 Bảng F.3: Kết phân tích kim loại rutin 98,01% (bằng ICP-MS) 197 198 Phụ lục G: Thiết bị sử dụng, nguyên liệu sản phẩm Hình G.1: Thiết bị cất tinh dầu nụ hịe Hình G.2 Bể siêu âm TPC-280 (30 kHz), Telsonic, Thụy Sỹ Hình G.3: Hệ thống GC-MS QP 2010, Hình G.4: Hệ thống HPLC SCL-10A Shimadzu, Nhật vp, Shimadzu, Nhật Hình G.5: Hệ thống pre-HPLC 1100, Hình G.6 Nụ hịe phơi Agilent, Mỹ 199 Hình G.7 Nụ hịe Hình G.8 Hịe nghiền Hình G.9 Hịe xay2 Hình G.10 Hịe xay1 Hình G.11 Sản phẩm rutin thơ 80,1% Hình G.12 Sản phẩm rutin tinh 98% 200 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THU HUYỀN KHẢO SÁT NGUỒN NGUYÊN LIỆU, NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU SUẤT TÁCH CHIẾT VÀ CHẤT LƯỢNG RUTIN TỪ NỤ HOA HOÈ VIỆT... luận án đặt vấn đề "Khảo sát nguồn nguyên liệu, nghiên cứu nâng cao hiệu suất tách chiết chất lượng rutin từ nụ hoa hoè Việt Nam" 17 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nụ hòe, rutin khoa học đời sống 1.1.1... 3.1.4.3 Định lượng rutin số dạng nụ .84 3.1.4.4 Định lượng rutin nụ hòe theo thời gian bảo quản 85 3.2 Nghiên cứu công nghệ trích ly rutin chất lượng cao 85 3.2.1 Nghiên cứu khảo sát dung