Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chiết tách phẩm màu annatto quy mô 10kg mẻ bằng dung dịch KOH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN ĐẮC ĐẠT NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHIẾT TÁCH PHẨM MÀU ANNATTO QUY MÔ 10KG/MẺ BẰNG DUNG DỊCH KOH Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số : 60 44 27 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đà Nẵng – Năm 2013 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. ĐÀO HÙNG CƯỜNG Phản biện 1: PGS. Lê Thị Liên Thanh Phản biện 2: TS. Nguyễn Bá Trung Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ khoa học họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 31 tháng 05 năm 2013. * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin- Học liệu, Đại học Đà Nẵng. - Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Việt Nam là nước thuộc vùng nhiệt đới gió mùa ẩm nên hệ thực vật phát triển rất đa dạng, phong phú. Trong đó rất nhiều loại có những giá trị lớn về kinh tế, y học, công nghiệp,… đặc biệt là các cây có chứa tinh dầu, chứa chất màu. Từ xa xưa, người ta đã biết dùng nhiều loại cây có trong tự nhiên để chữa các bệnh hiểm nghèo, để nhuộm màu trong thực phẩm vừa làm đẹp món ăn, vừa làm tăng giá trị dinh dưỡng… Ngày nay vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm trở nên cấp thiết vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe người tiêu dùng. Việc dùng phụ gia thực phẩm còn tùy tiện, quản lý chưa chặt chẽ, không đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng. Việc thay thế các phẩm màu công nghiệp bằng các phẩm màu có sẵn từ tự nhiên không những tạo màu sắc hấp dẫn mà còn làm tăng giá trị dinh dưỡng cho thực phẩm. Đặc biệt, chúng rất thân thiện và có lợi cho sức khỏe người tiêu dùng. Các loại phẩm màu tự nhiên, ngoài thành phần về màu sắc, bản thân chúng cũng có các thành phần có hoạt tính sinh học rất tốt cho cơ thể như vitamin, axit hữu cơ, glycozit, protein .Một số phẩm màu tự nhiên thường gặp, như màu vàng của củ nghệ, màu xanh của dứa, lá dong, màu tím lá cẩm .Đặc biệt là màu đỏ, màu vàng – đỏ của chất lấy từ hạt cây điều nhuộm, gọi là phẩm màu annatto, với hai thành phần chính là bixin và norbixin. Hạt điều nhuộm có các chất màu đỏ được dùng làm chất tạo màu cho thực phẩm đặc biệt là bơ và phomat với tên thương mại là annatto. 2 Phẩm màu annatto có thể dùng để tạo màu bánh ngọt, kẹo sữa, bánh mì, pha màu cho thức uống với hàm lượng 1-10 ppm. Ngoài ra nó còn được dùng như vị thuốc dân gian chữa vết bỏng, cầm máu, chống viêm nhiễm (viêm phổi, viêm ruột), táo bón . Cây điều nhuộm là loại cây phát triển tương đối nhanh, dễ trồng và mau cho thu hoạch. Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về hạt điều nhuộm. Các nghiên cứu tập trung vào quá trình chiết tách, xác định thành phần các hoạt chất chính trong tinh dầu điều , trong phần cơm của hạt điều cũng như phát hiện ra những hoạt tính sinh học quý báu của chúng. Viện Hóa học Việt Nam đã và đang xây dựng mô hình cộng đồng nhằm góp phần bảo tồn và phát triển nguồn gen các loại cây nhuộm màu thực phẩm, trong đó có cây điều nhuộm. Ở trong nước, các nghiên cứu về cây hạt điều còn hạn chế và chỉ dừng lại ở bước nghiên cứu quá trình chiết tách qui mô phòng thí nghiệm. Việc đưa ra quy trình chiết tách phẩm màu annatto ổn định, đơn giản, có hiệu suất cao sẽ có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng rộng rãi ở qui mô lớn hơn, góp phần vào việc phát triển cây công nghiệp ở nước ta. Vì vậy tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chiết tách phẩm màu annatto quy mô 10kg/mẻ bằng dung dịch KOH ”. 2. Mục tiêu nghiên cứu Khảo sát điều kiện chiết tách, xác định thành phần màu tự nhiên annatto từ hạt điều nhuộm bằng phương pháp KOH. Xây dựng quy trình, mô hình công nghệ tách chiết phẩm màu annatto bằng dung dịch KOH với qui mô 10 kg/mẻ. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Hạt cây điều nhuộm 3 Phạm vi nghiên cứu: Quy trình tách chiết, các yếu tố ảnh hưởng, xác định thành phần, hàm lượng chất tạo màu trong chất màu annatto của hạt điều nhuộm, xác định cấu trúc của cấu tử màu chính. Toàn bộ quá trình thực hiện đề tài được tiến hành ở phòng thí nghiệm hóa học, trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng. 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lí thuyết Thu thập, tổng hợp, phân tích các tài liệu, tư liệu trong và ngoài nước về đặc điểm hình thái thực vật, thành phần hoá học, ứng dụng của cây điều nói chung và ứng dụng của chất màu annatto nói riêng. Tổng hợp, nghiên cứu tài liệu về phương pháp chiết tách và công nghệ chiết tách các hợp chất thiên nhiên. Nghiên cứu thực nghiệm Thu gom, phân loại và xử lý mẫu hạt điều nhuộm khô. Xác định độ ẩm toàn phần. Xác định hàm lượng tro và hàm lượng kim loại. Các phương pháp phổ xác định thành phần : phương pháp phổ hồng ngoại (IR), phương pháp hấp thụ nguyên tử (AAS). Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – Vis khảo sát bước sóng hấp thụ, dựa vào độ hấp thụ để nghiên cứu khảo sát các điều kiện chiết. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học Cung cấp kết quả nghiên cứu về quy trình tách chiết chất màu annatto tách từ hạt điều nhuộm, bao gồm xác định các chỉ số vật lý, 4 xác định các điều kiện tối ưu của quy trình chiết tách phẩm màu annatto. Ý nghĩa thực tiễn Từ các kết quả nghiên cứu phòng thí nghiệm, xây dựng mô hình dây chuyền công nghệ chiết tách annatto có thể ứng dụng vào thực tế sản xuất phẩm màu annatto từ hạt điều nhuộm. 6. Bố cục của luận văn Luận văn bao gồm 77 trang, 10 bảng, 36 hình, 41 tài liệu tham khảo và 6 phụ lục. Với: Mở đầu Chương 1. Tổng quan Chương 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Chương 3. Kết quả và thảo luận Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ CÂY ĐIỀU NHUỘM 1.1.1. Giới thiệu chung về cây điều Tên thường gọi: cây điều nhuộm (hình 1.1), cây điều màu, cây cà – ri. Tên khoa học: Bixa Orellana L lấy theo tên nhà thám hiểm người Tây Ban Nha Francisco De Orellana đã tìm ra loại cây này ở châu Mỹ và từ bixa phiên âm từ tiếng Tây Ban Nha bixin. 1.1.2. Đặc điểm thực vật học 5 Cây điều nhuộm thuộc bộ Cẩm quỳ, họ điều nhuộm là họ thực vật hai lá mầm. Cây điều nhuộm là loài cây phổ biến nhất và có nhiều ứng dụng nhất trong họ điều. Ở Việt Nam, nó phân bố ở Tây Nguyên, Đông Nam bộ. Hình 1.1. Cây điều nhuộm 1.1.3. Nguồn gốc cây điều 1.1.4. Thời gian thu hoạch 1.1.5. Thành phần các chất có trong hạt điều 1.2. ĐẠI CƯƠNG VỀ CHẤT MÀU TỰ NHIÊN 1.2.1. Khái niệm 1.2.2. Phân loại a. Clorophyll b. Carotenoid c. Flavoloid 1.2.3. Ứng dụng của chất màu tự nhiên 6 1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP DÙNG TRONG PHÂN TÍCH VÀ CHIẾT TÁCH CHẤT MÀU 1.3.1. Một số phương pháp chiết tách a . Chiết với với dung môi dầu b. Chiết với dung dịch kiềm loãng c. Chiết bằng các dung môi hữu cơ 1.3.2. Phương pháp sắc kí 1.3.3. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS (Atomic Absorption Spetrophotometric) 1.3.4. Phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử UV – Vis (Utraviolet – Visible) 1.4. ĐẠI CƯƠNG VỀ CHẤT MÀU ANNATTO 1.4.1. Chất màu annatto 1.4.2. Phân loại chất màu annatto 1.4.3. Thành phần chính của chất màu annatto a. Bixin Bixin có công thức phân tử (CTPT): C 25 H 30 O 4 , M = 394,25 đvC, điểm nóng chảy: 198 0 C, điểm phân hủy ở 217 0 C, hấp thụ ở bước sóng 430,470 nm. Bixin có tên gọi quốc tế là (4,8,13,17-tetramethylicos- 2,4,6,8,10,12,14,16,18-nonadisyre) monomemethyleste. Bixin tồn tại ở hai dạng chính là cis-binxin và trans-bixin. 7 Hình 1.12. Công thức cấu tạo của cis-binxin Hình 1.13. Công thức cấu tạo của trans-binxin b. Norbixin Norbixin có CTPT : C 24 H 28 O 4 , M = 380,46 đvC, hấp thụ ở bước sóng 453 nm, 480 nm và 428 nm. Norbixin gồm 2 dạng chính là cis-norbixin và trans-bixin. Hình 1.14. Công thức cấu tạo của cis-norbixin C HO O C O O CH 3 C HO O C O HO C HO O C O O CH 3 8 c. Phản ứng của binxin và norbixin với dung dịch kiềm và dung dịch axit Hình 1.16. Phản ứng của bixin với dung dịch kiềm và HCl 1.4.4. Tiêu chuẩn về hàm lượng sử dụng 1.4.5. Ứng dụng của phẩm màu hạt điều trong thực tế a. Trong thực phẩm b. Trong công nghiệp c. Trong y học 1.5. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BÀI TOÁN QUY HOẠCH HOÁ THỰC NGHIỆM 1.4.1. Mở đầu 1.5.2. Bài toán qui hoạch đối với quá trình chiết tách annatto 1.6. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nước 1.5.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 1.5.3. Nhận xét chung C HO O C O O X C - O + M O C O O - M + KOH(NaOH) C OH O C O HO HCl . cây công nghiệp ở nước ta. Vì vậy tôi chọn đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chiết tách phẩm màu annatto quy mô 10kg/ mẻ bằng dung dịch KOH. HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN ĐẮC ĐẠT NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHIẾT TÁCH PHẨM MÀU ANNATTO QUY MÔ 10KG/ MẺ BẰNG DUNG DỊCH KOH Chuyên ngành: Hóa hữu cơ