6. Cấu trúc luận văn
2.1.1. Thiết bị, dụng cụ
- Máy đo quang phổ hồng ngoại IR - Phễu chiết
- Bình định mức 250ml, 1000ml - Bếp điện
- Pipet 10ml, 2ml - Buret 25 ml
- Cân phân tích điện tử - Nhiệt kế 1000
- Phễu thuỷ tinh + giấy lọc - Tủ sấy, lò nung
- Bình tam giác 250 ml - Bếp đun cách thủy
- Ống đong 100 ml - Bình cầu 250 m, 1000ml
- Máy hút chân không - Bình hút ẩm
- Cốc thuỷ tinh loại 100 ml, 500 ml, 1000 ml 2.1.2. Hóa chất
- Nước cất - Na2SO3 (Việt Nam)
- Than hoạt tính (Việt Nam) - Clorofom (Việt Nam)
- Etyaxetat (Trung Quốc) - FeCl3 (Việt Nam)
- CH3COONa (Trung Quốc) - H2SO4 đặc (Việt Nam)
- KMnO4 0,1N (Việt Nam) -HCHO 37% (Việt Nam)
- Axit sunfoindigocacmin 0,1% - H2O2 5% (Việt Nam)
2.2. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình thực nghiệm Đề xuất quy trình công nghệ chiết tách quy mô 10kg/mẻ Quy trình chiết tách phòng thí nghiệm Quy hoạch thực nghiệm Vỏ keo Xử lí sơ bộ (sấy) Nguyên liệu Khảo sát điều kiện chiết tanin
Xác định độ ẩm Xác định hàm lượng tro Chiết bằng nước Dịch chiết Tanin Tanin ngưng tụ Tanin rắn Tanin thủy phân Bã Cô đuổi dung môi Tỉ lệ R : L Nhiệt độ Thời gian Kích thước nguyên liệu
2.3. NGUYÊN LIỆU
2.3.1. Thu mua nguyên liệu
Nguyên liệu được sử dụng là vỏ một số loài cây keo gồm keo lá tràm, keo tai tượng và keo lai được thu thập từ các khu rừng ở Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam, Việt Nam.
Hình 2.2. Thu hoạch vỏ cây keo
2.3.2. Xử lí nguyên liệu
Vỏ keo (gồm hỗn hợp ba loại) thu hoạch về được làm sạch vỏ già, sâu. Sau đó được xử lí thành các kích cỡ nhỏ hơn và phơi khô.
2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4.1. Xác định một số chỉ tiêu hóa lí của nguyên liệu
Tiến hành xác định độ ẩm và hàm lượng tro trong mẫu bột nguyên liệu khô.
a.Xác định độ ẩm
Nguyên tắc: áp dụng phương pháp sấy khô đến khối lượng sản phẩm
không đổi.
Cách tiến hành:
Sấy cốc cân sạch trong tủ sấy ở nhiệt độ 1050C đến trọng lượng không đổi, dùng cân phân tích cân xác định trọng lượng cốc cân m0 (g). Bỏ vào cốc khoảng 2 – 3 gam bột, đem cân phân tích, ghi nhận khối lượng, khi đó tổng lượng cốc cân và mẫu là m1 (g).
Đặt cốc vào tủ sấy đang ở nhiệt độ 1050C, sấy khoảng 4 giờ thì lấy cốc mẫu ra để nguội 15 phút trong bình hút ẩm có chất hút ẩm. Cân cốc mẫu đã sấy.
Cân xong để cốc vào sấy tiếp khoảng 2 giờ thì cân lại lần nữa cho đến khi trọng lượng cốc mẫu giữa các lần sấy không thay đổi. Ghi nhận khối lượng m2(g).
Công thức tính độ ẩm: (W)
W = (m1 - m2)*100/(m1 - m0) (%)
Trong đó m0: Khối lượng cốc sau khi sấy đến khối lượng không đổi. m1: Khối lượng cốc và mẫu trước khi sấy.
m2: Khối lượng cốc và mẫu sau khi sấy đến khối lượng không đổi.
b.Xác định hàm lượng tro
Nguyên tắc: Tro hoá mẫu bằng nhiệt; sau đó xác định hàm lượng tro
Cách tiến hành:
Rửa sạch cốc nung bằng nước, sấy trong tủ sấy ở 1050C trong 30 phút nung trong lò nung ở 525 ± 250C trong 30 phút. Làm nguội trong bình hút ẩm và cân với độ chính xác đến 0,001g. Quá trình nung được lặp lại cho đến khi cốc nung có khối lượng không đổi m0.
Lấy khoảng 10g mẫu với độ chính xác 0,001g trong cốc nung đã chuẩn bị. Cô trên bếp cách thủy hoặc sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 1050C đến khô (khoảng 2 – 3 giờ). Đem cân có khối lượng m1 .
Đốt cẩn thận trên bếp điện đến than hoá.
Nung ở nhiệt độ 525 ± 250C cho đến khi thu được tro màu trắng ngà (khi có mặt sắt sẽ có màu đỏ gạch, có mặt đồng và mangan có màu xanh nhạt).
Làm nguội trong bình hút ẩm. Quá trình nung được lặp lại cho đến khi cốc nung có khối lượng không đổi m2.
Để tăng nhanh quá trình tro hoá có thể cho vào cốc chứa tro (đã nguội) 3 – 5 giọt hydroperoxyt 5%, sau đó tiến hành như trên.
Hàm lượng tro (X) tính bằng % theo công thức: X = [(m2-m0)*100]/m1-m0
Trong đó:
m0: khối lượng cốc nung, gam.
m1: khối lượng cốc nung và mẫu ban đầu. m2: khối lượng cốc nung và tro, gam.
Kết quả là trung bình cộng kết quả 2 lần xác định song song. Chênh lệch kết quả giữa 2 lần xác định song song không được lớn hơn 0,02%. Tính chính xác đến 0,01%.
2.4.2. Định tính và định lượng tanin
Tiến hành định tính xác định sự có mặt của tanin trong dịch chiết ra và dùng phản ứng Stiasny định tính phân biệt tanin thuộc nhóm tanin ngưng tụ và tanin thủy phân.
Định lượng nhóm tanin tách ra từ mẫu nguyên liệu ban đầu và từ mẫu tanin rắn bằng phương pháp Lowenthal.[3]
a.Định tính phân biệt nhóm tanin ngưng tự và nhóm tanin thủy phân
Cách tiến hành: chuẩn bị 1 bản sứ có lỗ, cho vào lỗ bản sứ một ít dịch chiết tanin từ vỏ keo. Nhỏ vào đó vài giọt FeCl3 5%, nếu hỗn hợp chuyển sang màu xanh đen là phản ứng dương tính.
Cách tiến hành: cho 50ml dịch lọc vào bình tam giác dung tích 250ml, cho thêm vào 10ml HCHO 37% và 5ml HCl đậm đặc. Đun cách thủy trong thời gian 20 phút, nếu xuất hiện kết tủa vón màu đỏ thì có nhóm tanin ngưng tụ. Lọc bỏ kết tủa lấy dịch lọc cho dung dịch CH3COONa dư vào, rồi thêm vài giọt dung dịch FeCl3 nếu có màu xanh xuất hiện thì có nhóm tanin thủy phân.
b.Định lượng nhóm tanin theo phương pháp Lowenthal
* Nguyên tắc: nhóm tanin dễ bị oxy hoá bởi KMnO4 trong môi trường axit với chất chỉ thị sunfoindigocacmin sẽ tạo thành CO2 và H2O, đồng thời làm mất màu xanh của sunfoindigocacmin. Quá trình trên có thể biểu diễn bằng sơ đồ phản ứng sau:
Tanin + KMnO4 Indigocacmin, H2SO4 CO2 + H2O
Cách tiến hành:
* Pha dung dịch KMnO4: Pha 1 lít dung dịch KMnO4 0,1 N: Cân chính xác 3,101 gam KMnO4 rắn cho vào bình định mức 1000 ml, thêm nước cất cho đến vạch, lắc đều để tan hoàn toàn.
* Pha chỉ thị sunfoindigocacmin: Pha 1 lít dung dịch: Cân chính xác 1
gam indigocacmin cho vào cốc thủy tinh 100 ml, thêm vào 25 ml dung dịch H2SO4 đậm đặc. Đậy nắp, để vào chỗ tối qua một đêm hoặc ít nhất là 4h để hòa tan hết indigocacmin. Chuyển toàn bộ sang bình định mức 1000 ml đã có sẵn một ít nước cất. Dùng nước cất tráng nhiều lần cốc đựng indigocacmin và
thêm nước cất đến vạch. Lắc đều, bảo quản dung dịch pha được trong bình đựng màu đen.
* Định lượng tanin: Cân 100 gam bột nguyên liệu, cho vào bình cầu,
thêm vào đó nước cất. Đặt vào bếp cách thuỷ, đun cách thuỷ. Lấy ra để yên khoảng 5 phút, lọc qua giấy lọc vào bình định mức 1000 ml. Tiếp tục chiết như trên từ 3 – 4 lần cho đến khi dịch chiết trắng trong hoặc không còn phản ứng với FeCl3 là được. Dùng nước cất định mức đến vạch, lắc đều.
Chuẩn bị hai bình tam giác (V = 250 ml), một bình dùng làm thí nghiệm và một bình làm đối chứng.
Hình 2.4. Bộ thí nghiệm chiết tách tanin
Dùng pipet hút dịch chiết, cho vào mỗi bình 10 ml dịch chiết.
Bình thí nghiệm: cho thêm 75 ml nước cất đun sôi, 25 ml dung dịch indigocacmin 0,1% trong môi trường axit. Chuẩn độ bằng KMnO4 0,1N cho đến khi mất màu xanh, chuyển sang màu vàng rơm là được. Mỗi thí nghiệm cần lặp lại 3 lần để lấy kết quả trung bình.
Bình đối chứng: cho thêm một thìa nhỏ than hoạt tính, lắc đều, đun cách thủy khoảng 15 phút, lọc qua giấy lọc. Dùng 75 ml nước cất nóng, chia thành 3 lần để tráng bình, giấy lọc … dịch lọc thu được phải trắng trong không còn màu vàng. Tiến hành các bước thí nghiệm giống như bình thí nghiệm. Ghi lại lượng KMnO4 0,1N chuẩn độ ở bình đối chứng và bình thí nghiệm.
Tính toán: hàm lượng tanin trong mẫu được tính theo công thức sau:
Trong đó:
X: hàm lượng tanin xác định trên khối lượng chất khô (%). a: lượng KMnO4 chuẩn độ ở bình thí nghiệm (ml).
b: lượng KMnO4 chuẩn độ ở bình đối chứng (ml). V: thể tích toàn bộ dịch chiết (250 ml).
v: thể tích dịch chiết dùng để phân tích (10 ml). c: khối lượng mẫu đem phân tích (gam).
k: hệ số tanin = 0,00582 (cứ 1 ml KMnO4 0,1N tương ứng với 0,00582 gam tanin).
100: tính ra % tanin
Hình 2.5. Tanin trước và sau chuẩn độ Hình 2.6. Mẫu đối chứng
2.4.3. Tách tanin rắn
Sau khi xử lí vỏ cây keo bằng dung môi chiết là nước, thì thu được dịch chiết. Dịch chiết được xử lí với cloroform để loại bỏ chất béo, bột màu, và các thành phần không tanin. Sau khi tách tướng clorofom thì dịch chiết còn lại là tanin. Cô cạn thu được tanin.
2.4.4. Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (IR) [9]
a.Sơ lược về cơ sở về phân tích phổ hồng ngoại
Phổ hồng ngoại (InfraRed Spectrum, IR), xuất hiện do phân tử hấp thụ năng lượng bức xạ điện từ trong vùng hồng ngoại. Khi hấp thụ các bức xạ này (từ 2 - 50m, tương ứng với số sóng 5000 - 200 cm-1), sẽ dẫn đến sự dao động của phân tử. Hình 2.7. Sơ đồ tách tanin rắn Sấy Nghiền chiết bằng nước Chiết bằng clorofom Cô đuổi dung môi Vỏ cây keo Chất khô Dịch chiết Tanin rắn Dịch chiết Tanin
Có hai loại dao động chính:
Dao động hóa trị (ký hiệu: ν) là những dao động làm thay đổi độ dài liên kết giữa hai nguyên tử trong phân tử, nhưng không làm thay đổi góc liên kết.
Dao động biến dạng (kí hiệu: δ) là những dao động làm thay đổi góc liên kết nhưng không làm thay đổi độ dài liên kết.
Mỗi loại dao động trên còn được phân chia thành dao động đối xứng (kí hiệu là: ν as, δas ). Mỗi loại dao động thường có mức năng lượng khác nhau nên mỗi loại tần số hấp thụ khác nhau đặc trưng cho từng liên kết.
Số lượng các dao động riêng của phân tử phụ thuộc vào số lượng các nguyên tử trong phân tử. Một phân tử có N nguyên tử thì tổng số các dao động riêng sẽ là :
3N – 5: Đối với phân tử có cấu trúc thẳng
3N – 6: Đối với phân tử có cấu trúc không thẳng.
Dựa vào tần số hấp thụ đặc trưng riêng cho từng loại liên kết cho phép dự đoán được nhóm nguyên tử có mặt trong hợp chất khảo sát.
Tần số dao động của một số nhóm chức hữu cơ được trình bày trong bảng 2.1.
Bảng 2.1. Tần số dao động của một số nhóm chức hữu cơ
Tần số, cm-1 Loại dao động Tần số, cm-1 Loại dao động
3700 - 3200 1900 - 1550 1600 - 1450 1310 - 1210 -OH(ht) C=O (ht) C = C thơm (ht) Ete thơm (ht) 1140 - 1085 1200 - 1000 860 - 800 900 - 650 Ete mạch hở (ht) C - O (ht) CH benzen thế para (bd) CH thơm (bd)
Trong đó ht : hóa trị, bd : biến dạng.
b.Phương pháp chuẩn bị mẫu ghi phổ hồng ngoại
Chất đem ghi phổ hồng ngoại có thể ở trạng thái rắn, lỏng hay khí. Đối với mỗi trường hợp cần có một cuvet riêng và cách chuẩn bị mẫu phù hợp.
Mẫu ở dạng lỏng: Chất lỏng tinh khiết được bơm vào khoảng giữa hai tấm tinh thể KBr, chiều dày lớp chất lỏng từ 0,01 - 0,05 mm. Có thể ghi phổ ở dạng dung dịch bằng cách hòa tan chất nghiên cứu (lỏng hay rắn) vào dung môi phù hợp (CCl4, CHCl3…) rồi bơm dung dịch vào cuvet.
Mẫu ở dạng rắn: Chất nghiên cứu (2 - 5 mg) được nghiền nhỏ, trộn với
bột KBr khan rồi ép thành tấm mỏng có chiều dày khoảng 0,1 mm (nhờ lực ép khoảng 7,5 - 10 tấn/cm2). Đặt tấm mỏng vào cuvet để ghi phổ.
c. Ứng dụng của phổ hồng ngoại trong hóa học
Phổ hồng ngoại được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu hóa học, đặc biệt trong hóa học hữu cơ.
Xác định cấu trúc phân tử
Dựa vào giá trị tần số và cường độ của các đỉnh hấp thụ đặc trưng, xác định sự có mặt của các nhóm nguyên tử trong phân tử, từ đó suy ra cấu trúc của phân tử. Để khẳng định hoàn toàn cấu trúc của phân tử hợp chất, cần kết hợp các phương pháp phổ khác.
Phân tích định tính
Để nhận biết một hợp chất hữu cơ cần so sánh phổ của nó với phổ chuẩn. Với mục đích này cần phải ghi phổ của chất cần nghiên cứu cùng điều kiện với phổ chuẩn. Hiện nay, người ta đã lập được bộ phổ chuẩn gồm hàng nghìn chất hữu cơ khác nhau.
Dựa vào phổ hồng ngoại, ta còn có thể đánh giá độ tinh khiết của một hợp chất bằng cách so sánh hai phổ đồ của hai mẫu thuộc cùng một hợp chất. Phổ đồ của mẫu nào có ít đỉnh hấp thụ hơn sẽ là mẫu tinh khiết hơn.
2.4.5. Nghiên cứu chỉ số Stiasny của tanin rắn
Tiến hành nghiên cứu chỉ số Stiasny bằng phản ứng của tanin rắn với HCHO trong môi trường axit HCl.
Lấy 100 gam mẫu vỏ keo khô đã tán bột, thêm vào 600 ml dung môi nước, chiết trong 42 phút ở 900C thu được dịch chiết. Để nguội dịch chiết và lọc kiệt cho vào bình định mức 1000 ml.
Lấy ra 100ml dung dịch cho vào bình cầu 250 ml, thêm vào bình 10 ml HCHO 37% và 5ml HCl đặc, đun hồi lưu trong bếp cách thủy trong thời gian 30 phút, ở 900C, lấy ra để nguội lọc lấy kết tủa. Rửa sạch kết tủa, sấy khô và cân được khối lượng m1.
Song song tiến hành đem 100ml dung dịch đi đuổi dung môi ở 600C, thu được chất rắn có khối lượng m2.
CHƯƠNG III
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ SỐ HÓA LÍ
3.1.1. Độ ẩm
Tiến hành xác định độ ẩm mẫu bột khô bằng phương pháp sấy khô đến sản phẩm không đổi như đã nêu và áp dụng công thức:
W = (m1 - m2)*100/(m1 - m0) (%) Kết quả thu được trình bày ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Độ ẩm mẫu bột
STT Khối lượng bột
keo tự nhiên (g)
Khối lượng bột keo khô (g)
Khối lượng nước (g) Độ ẩm (%) 1 2,000 1,780 0,220 11,00 2 2,000 1,787 0,213 10,65 3 2,000 1,778 0,222 11,10 TB 2,000 1,781 0,217 10,91
Độ ẩm trung bình trong vỏ mẫu keo nghiên cứu khoảng 10,91%. Với độ ẩm này, nguyên liệu được bảo quản trong thời gian dài, không bị mốc.
3.1.2. Hàm lượng tro
Tiến hành tro hóa mẫu và thu được kết quả ở bảng 3.2.
Bảng 3.2. Hàm lượng tro của mẫu bột
m0 m1 m2 X (%) Trung bình
28,5714 38,5755 30,0682 14,96
14,95
30,4893 40,4903 31,9834 14,94
3.2. NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT TANIN TỪ VỎ CÂY KEO TRÌNH CHIẾT TANIN TỪ VỎ CÂY KEO
3.2.1. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu
Kích thước là một trong những yếu tố có vai trò quyết định trong quá trình chiết tách tanin. Nếu chọn được kích thước tối ưu sẽ nâng cao hiệu quả của quá trình chiết tách. Vật liệu rắn có kích thước càng nhỏ thì khả năng chiết càng lớn do diện tích tiếp xúc giữa chúng và dung môi tăng lên tạo điều kiện cho quá trình chiết dễ dàng hơn.
Tiến hành các thí nghiệm như sau: Mỗi thí nghiệm cho vào cốc 100 gam nguyên liệu vỏ hỗn hợp của cây keo lá tràm, keo tai tượng và keo lai với các kích thước như sau: 3 – 5 cm, 2 – 3 cm, 1 - 2 cm, 2 - 3 mm và bột mịn được chiết với 800ml nước cất ở 800C trong thời gian 60 phút theo sơ đồ hình 3.1.
Hình 3.1. Sơ đồ thí nghiệm tìm kích thước nguyên liệu thích hợp để chiết tanin
Kết quả ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hiệu suất chiết tách tanin được thể hiện trên bảng 3.3 và hình 3.2.
Hỗn hợp vỏ keo khô
Dịch chiết
Chọn kích thước thích hợp
Kích thước nguyên liệu
Chuẩn độ
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của kích thước đến hiệu suất tách tanin
Kích thước 3-5 cm 2-3 cm 1-2 cm 2-3mm Bột mịn
Y (%) 6,219 7,425 8.995 10,785 16,005