3.2.1. Nguyên liệu
Hạt điều được chọn mua ngẫu nhiên ở chợ Siêu Thị Đà Nẵng – Phường Chính Gián – TP Đà Nẵng. Sau đó, chúng được bảo quản trong bao nilông để tránh ẩm ướt làm hạt điều mốc, đem để ở nơi thoáng mát.
3.2.2. Xử lý nguyên liệu
Để quá trình chiết tách thuận lợi và đạt hiệu quả tối ưu phải tiến hành xử lý nguyên liệu bằng phương pháp thủ công như: sàng, sảy, loại bỏ lá khô, cọng hạt điều nhuộm, rác, những hạt lép…
3.2.3. Xác định một số thông số về chỉ tiêu của nguyên liệu khô
3.2.3.1. Độ ẩm
Mục đích: Để xác định độ ẩm của hạt điều nhuộm. Để xác định độ ẩm ta dùng tủ sấy và tiến hành sấy ở nhiệt độ 800C
Cách tiến hành
Chuẩn bị sẵn 5 chén sứ đã được rửa sạch, đánh số thứ tự và sấy trong tủ sấy trong 3 giờ. Sau khi sấy xong lấy ra cho vào bình hút ẩm cho đến khi đạt nhiệt độ phòng thì đem cân các chén sứ trên cân phân tích. Ghi kí hiệu mẫu
Lấy vào mỗi chén sứ 5 gam hạt điều nhuộm theo kí hiệu của mẫu đã ghi trên chén sứ. Tiến hành sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 800C. Sau khi sấy khoảng 8 giờ, lấy mẫu ra cho vào bình hút ẩm cho đến khi nguội hẳn thì tiến hành cân khối lượng. Sau đó cứ 8 giờ ta lại tiến hành quá trình trên một lần cho đến khi khối lượng của mẫu (hạt điều và chén sứ) giữa hai lần cân gần như không đổi.
Tiến hành như vậy 6 lần thì xác định được độ ẩm của 5 chén sứ.
Độ ẩm của mỗi mẫu là hiệu số giữa khối lượng mẫu trước và sau khi cân. Độ ẩm chung là độ ẩm trung bình của 5 mẫu.
Cách tính độ ẩm
- Độ ẩm của mỗi mẫu
% 100 ) ( (%) 2 3 2 1 m m m m W - Độ ẩm trung bình
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 32 5 (%) (%) 5 1 W Wtb Trong đó:
m1: khối lượng chén sứ (g) m2: Khối lượng hạt điều nhuộm (g) m3: Khối lượng chén sứ và mẫu sau khi sấy (g)
W(%): Độ ẩm của mẫu W(%): Độ ẩm trung bình Kết quả
Bảng 3.1: Độ ẩm của nguyên liệu
STT m1 m2 m3 W(%) Wtb(%) 1 29,454 5,009 33,879 11,659 12,216 2 30,195 5,008 34,617 11,701 3 30,687 5,011 35,015 13,630 4 33,381 5,010 37,802 11,756 5 30,142 5,011 34,535 12,333
Vậy độ ẩm trung bình của hạt điều nhuộm là 12,216%
Nhận xét
Độ ẩm của hạt điều nhuộm chính là hàm lượng nước có trong cơm của hạt. Như vậy trong thành phần cơm của hạt có 12,216% là nước. Độ ẩm càng lớn thì gây nhiều khó khăn trong việc bảo quản, vì đó là môi trường thuận lợi cho vi khuẩn, nấm mốc phát triển, kích thích sự nảy mầm, đồng thời trong điều kiện đó dễ xảy ra các phản ứng oxy hóa giữa các chất trong hạt, có thể làm cho hạt mất đi những tính ban đầu và khả năng tạo màu.
3.2.3.2. Hàm lượng tro
Mục đích: Để xác định tổng hàm lượng chất vô cơ có trong hạt điều nhuộm.
Cách tiến hành
Lấy 5 mẫu đã được xác định độ ẩm ở trên đem đi tro hóa ở 7000C. Sau khi tro hóa trong 10 giờ ta lấy mẫu ra, cho vào bình hút ẩm đến khi nguội hẳn thì đem cân mẫu trên cân phân tích. Tiếp tục tro hóa thêm 10 phút, thực hiện tương tự đến khi khối lượng giữa 2 lần cân gần như không đổi thì dừng lại.
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 33 Hàm lượng tro là hiệu số khối lượng mẫu sau khi đem tro hóa với khối lượng chén sứ ban đầu Cách tính hàm lượng tro - Hàm lượng tro % 100 % 0 1 2 m m m Tro
- Hàm lượng tro trung bình
5 % % 5 1 ) ( tro Trotrungbình Trong đó:
m0: Khối lượng hạt điều nhuộm (g) m1: Khối lượng chén sứ (g) m2: Khối lượng chén sứ và hạt điều nhuộm sau khi tro hóa (g)
Kết quả
Bảng 3.2. Hàm lượng tro của nguyên liệu
STT m0 m1 m2 Tro (%) Trung bình(%) 1 5,009 29,454 29,701 4,931 4,695 2 5,008 30,195 30,426 4,613 3 5,011 30,687 30,919 4,630 4 5,010 33,381 33,656 5,490 5 5,011 30,142 30,333 3,812
Vậy tổng hàm lượng các chất vô cơ có trong hạt điều nhuộm là 4,695%
3.2.3.3. Xác định hàm lượng kim loại
Mục đích: xác định hàm lượng của một số kim loại có trong hạt điều nhuộm.
Cách tiến hành
Mẫu sau khi tro hóa được hòa tan bằng dung dịch HNO3 đặc rồi định mức trong bình định mức 50 ml.
Lấy dung dịch đã định mức đó đem đi xác định hàm lượng một số kim loại bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 34
Bảng 3.3: Hàm lượng một số kim loại trong nguyên liệu
Kim loại Cu Pb Zn Cd Ni Hg Hàm lượng (mg/kg hạt điều) 11,2153 0,3264 12,2558 0,0709 0,8862 0,0114 TCVN 30 2,0 20 1,0 - 0,05
Qua bảng 3.3 và tiêu chuẩn Việt Nam về hàm lượng các kim loại nặng cho phép trong thực phẩm ta thấy nguyên liệu hạt điều nhuộm đạt những quy định về hàm lượng kim loại nặng (Cu, Pb, Zn, Cd, Hg) theo quy định của Bộ Y Tế Việt Nam
3.2.4. Khảo sát các thông số tối ưu chiết tách phẩm màu annatto E ở quy mô phòng thí nghiệm phòng thí nghiệm
3.2.4.1. Khảo sát loại dung môi chiết và nồng độ dung môi chiết tối ưu
Cách tiến hành
Tiến hành chưng ninh 10 mẫu hạt điều nhuộm, mỗi mẫu 5g, với 100ml lần lượt các dung môi NaOH và KOH ứng với nồng độ sau: 0,05M; 0,1M; 0,5M; 1M; 1,5M bằng bếp cách thủy ở nhiệt độ 900C. Lọc dịch chiết bằng phễu buchner.
Lấy 0,5ml dịch chiết, đem định mức trong bình 50 ml đem đi đo UV – VIS.
Axit hóa phần dịch chiết còn lại bằng dung dịch 100ml HCl 3M, lọc lấy kết tủa. Sau đó kết tủa được sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 500C. Khi đã khô ra, đem cân, tính hàm lượng phẩm màu so với khối lượng nguyên liệu ban đầu
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 35 Trong đó:
Kết quả: Được thể hiện ở bảng 3.4 và 3.5
Bảng 3.4: Mật độ quang của dịch chiết với các nồng độ dung môi khác nhau
λ (nm) Mật độ quang (A) NaOH (M) KOH (M) 0,05 0,1 0,5 1 1,5 0,05 0,1 0,5 1 1,5 453 1,2509 1,4731 1,5701 1,4281 1,0968 0,8809 1,4112 1,5313 1,324 1,2221 481 1,0395 1,1989 1,3051 1,1673 0,8468 0,7257 1,1557 1,2571 1,1214 0,9691
Bảng 3.5: Hàm lượng % chất màu khi chiết với các dung môi khác nhau
Dung môi NaOH (M) KOH (M) 0,05 0,1 0,5 1 1,5 0,05 0,1 0,5 1 1,5 m0 (g) 5,004 5,006 5,012 5,012 5,007 5,007 5,009 5,009 5,011 5,008 m1(g) 1,958 1,963 1,871 1,889 1,915 1,950 1,852 1,865 1,903 1,862 m2 (g) 2,339 2,462 2,455 2,380 2,255 2,237 2,308 2,412 2,304 2,221 % chất màu 7,614 9,968 11,652 9,798 6,790 5,732 9,104 10,920 8,002 7,169 Từ bảng 3.4 và 3.5 cho thấy dung dịch NaOH 0,5M và KOH 0,5M đều cho
hàm lượng phẩm màu chiết cao hơn so với các nồng độ khảo sát khác. Trong
Hình 3.2: Phổ UV-VIS dịch chiết phẩm màu với dung dịch NaOH ở các nồng độ khác nhau
Hình 3.3: Phổ UV-VIS dịch chiết phẩm màu với dung dịch KOH ở các nồng độ khác nhau
Nồng độ 0,5M Nồng độ 0,1M Nồng độ 1M
Nồng độ 1,5M Nồng độ 0,05M
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 36 đó, khi chiết bằng dung dịch NaOH 0,5M thì mật độ quang ở 2 bước sóng 453nm; 481nm và hàm lượng phẩm màu cao hơn so với khi chiết bằng dung dịch KOH 0,5M. Đồng thời ion Na+ lành tính hơn với con người và khi so giá thành mua dung môi thì NaOH lại rẻ hơn.
Kết luận: Qua kết quả khảo sát ở trên thì dung môi NaOH 0,5M chiết phẩm màu annatto E từ hạt điều nhuộm tốt hơn. Và tôi sẽ chọn dung môi này ở nồng độ 0,5 M cho khảo sát tiếp theo.
3.2.4.2. Khảo sát tỷ lệ rắn lỏng
Tiến hành chưng ninh 5 mẫu (mỗi mẫu 5g hạt điều nhuộm) với thể tích của dung môi NaOH 0,5M lần lượt là: 60ml, 70ml, 80ml, 90ml, 100ml ở nhiệt độ 900C trong 4h. Tiến hành tương tự như thí nghiệm khảo sát dung môi và nồng độ dung môi ở trên. Kết quả thể hiện ở bảng 3.6
Bảng 3.6: Hàm lượng % chất màu khi chiết với các thể tích dung môi khác nhau
VNaOH (ml) Mẫu (60ml) Mẫu (70ml) Mẫu (80ml) Mẫu (90ml) Mẫu (100ml)
m0 (g) 5,012 5,010 5,013 5,010 5,008
m1 (g) 1,869 1,903 1,869 1,819 1,863
m2 (g) 2,396 2,466 2,467 2,460 2,504
% chất màu 10,515 11,238 11,929 12,794 12,799
Từ bảng 3.6 ta thấy hàm lượng phẩm màu tăng khi tăng thể tích dung dịch NaOH 0,5M. Tuy nhiên khi tăng thể tích dung môi từ 60ml đến 90ml thì hàm lượng phẩm màu tăng đáng kể. Tuy nhiên khi tiếp tục tăng thể tích dung môi lên 100ml thì hàm lượng phẩm màu tăng gần như không thay đổi.
Kết luận: Vì vậy tôi tỷ lệ khối lượng hạt điều nhuộm (g)/thể tích dung môi NaOH 0,5M (ml) tối ưu là: 5/90.
3.2.4.3. Khảo sát thời gian chiết
Tiến hành chưng ninh 5 mẫu (mỗi mẫu 5g) với 90ml dung dịch NaOH 0,5M ở nhiệt độ 900C ứng với các thời gian chưng ninh sau: 3h, 4h, 5h, 6h, 7h, 8h, 9h. Kết quả thể hiện ở bảng 3.7 và 3.8
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 37
Bảng 3.7:Mật độ quang của dịch chiết với những thời gian chiết khác nhau
λ (nm)
Mật độ quang (A)
Mẫu (3h) Mẫu (4h) Mẫu (5h) Mẫu (6h) Mẫu (7h) Mẫu (8h) Mẫu (9h) 453 1,1280 1,3035 1,4094 1,1453 1,1158 1,0402 0,8654
Axit hóa dịch chiết bằng 100ml HCl 3M. Sau khi lọc đem sấy ở 500C. Cân tính phần trăm phẩm màu. Kết quả thể hiện ở bảng sau:
Bảng 3.8:Hàm lượng % chất màu khi chiết với những thời gian khác nhau
Thời gian (h) Mẫu (3h) Mẫu (4h) Mẫu (5h) Mẫu (6h) Mẫu (7h) Mẫu (8h) Mẫu (9h) m0 (g) 5,007 5,006 5,001 5,006 5,004 5,003 5,000 m1 (g) 1,851 1,810 1,935 1,790 1,822 1,765 1,823 m2 (g) 2,455 2,452 2,615 2,405 2,389 2,304 2,271 % chất màu 12,063 12,825 13,597 12,285 12,063 10,774 8,960
Từ bảng 3.7 và 3.8 cho thấy hàm lượng phẩm màu tăng theo thời gian chiết. Tuy nhiên khi tiếp tục tăng thời gian (từ 6h đến 9h) thì hàm lượng phẩm màu lại giảm xuống. Nguyên nhân là do phẩm màu annatto dễ bị phân hủy bởi nhiệt độ cao nên nếu chưng ninh ở nhiệt độ cao trong thời gian quá dài thì phẩm màu sẽ bị phân hủy.
Kết luận: Từ khảo sát ở trên, tôi chọn thời gian chiết tối ưu là 5h để tiếp tục khảo sát.
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 38
3.2.4.4. Khảo sát nhiệt độ chiết
Tiến hành chưng ninh 5 mẫu hạt điều nhuộm với 90ml NaOH 0,5M trong 5h ở các nhiệt độ: 600C, 700C, 800C, 900C, 1000C. Kết quả thể hiện ở bảng 3.9 và 3.10
Bảng 3.9:Mật độ quang của dịch chiết với những nhiệt độ chiết khác nhau
λ (nm) Mật độ quang (A)
Mẫu (600C) Mẫu (700C) Mẫu (800C) Mẫu (900C) Mẫu (1000C)
453 1,2880 1,4305 1,4523 1,3766 1,2642
Bảng 3.10:Hàm lượng % chất màu khi chiết với những nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ (0C) Mẫu (600C) Mẫu (700C) Mẫu (800C) Mẫu (900C) Mẫu (1000C) m0 (g) 5,008 5,002 5,010 5,011 5,009 m1 (g) 1,875 1,803 1,889 1,792 1,859 m2 (g) 2,453 2,455 2,619 2,477 2,496 % chất màu 11,542 13,035 14,571 13,670 12,717
Từ bảng 3.9 và 3.10 cho thấy, hàm lượng phẩm màu tăng đều khi tăng nhiệt độ từ 600C – 800C. Khi tiếp tục tăng nhiệt độ lên 900C, 1000C thì hàm lượng phẩm màu lại giảm xuống. Điều này đã chứng tỏ ở nhiệt độ cao phẩm màu annatto E dễ bị phân hủy.
Kết luận: Qua đó, tôi chọn nhiệt độ chiết tối ưu là 800C cho quá trình chiết tách phẩm màu annatto E
3.2.5. Xây dựng chiết tách phẩm màu annatto E ở quy mô pilot
Để xây dựng quy trình chiết tách phẩm màu annatto E của hạt điều nhuộm ở quy mô pilot, tôi áp dụng những thông số tối ưu đã khảo sát ở quy mô 5g nguyên liệu để tiến hành khảo sát ở quy mô lớn hơn. Chưng ninh nguyên liệu trong nồi chiết 9l. Tiến hành khảo sát với khối lượng nguyên liệu hạt điều nhuộm là 100g, 300g.
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 39
3.2.5.1. Khảo sát tỷ lệ rắn lỏng ở quy mô 100g nguyên liệu
Cân 100g hạt điều nhuộm cho vào túi vải rồi cho vào nồi chiết, thêm lần lượt dung dịch NaOH 0,5M ứng với các thể tích 1400ml, 1600ml, 1800ml, 2000ml chưng ninh trong 5h, ở nhiệt độ khoảng 800C. Lọc dịch chiết bằng phễu buchner, đem dịch lọc được đi axit hóa bằng 1800ml HCl 4M. Lọc, rửa, lấy kết tủa đem sấy khô ở 500C. Tính hiệu suất hàm lượng phẩm màu so với khối lượng nguyên liệu.
Bảng 3.11: Hàm lượng % chất màu của 100g nguyên liệu khi chiết với các thể tích dung môi khác nhau
VNaOH (ml) 1400 1600 1800 2000
m0 (g) 100,08 100,11 100,04 100,15
m1 (g) 11,70 11,84 12,09 10,67
m2 (g) 25,77 28,59 28,84 27,49
% chất màu 14,06 16,73 16,74 16,79
Từ bảng 3.11 ta thấy hàm lượng phẩm màu tăng khi thể tích dung dịch NaOH 0,5M tăng. Tuy nhiên khi tăng thể tích từ 1600ml trở lên thì hàm lượng phẩm màu tăng gần như là không đổi.
Kết luận: Vậy để đáp ứng yêu cầu về hiệu suất và kinh tế tôi xin chọn tỷ lệ khối lượng hạt điều nhuộm (g)/thể tích dung môi NaOH 0,5M (ml) tối ưu cho quá trình chiết tách phẩm màu annatto E ở quy mô 100g nguyên liệu là 100g/1600ml.
3.2.5.2. Khảo sát tỷ lệ rắn lỏng ở quy mô 300g nguyên liệu
Cân 300g nguyên liệu cho vào túi vải rồi cho vào nồi chiết, thêm lần lượt dung dịch NaOH 0,5M ứng với các thể tích 4200ml, 4500ml, 4800ml, 5100ml, 5400ml chưng ninh trong 5 giờ, ở nhiệt độ khoảng 800C. Lọc lấy dịch bằng bông và vải rồi đem dịch chiết đi axit hóa bằng 5400ml HCl 4M, lọc, rửa, lấy kết tủa đem sấy khô ở 500C. Cân, tính hiệu suất hàm lượng phẩm màu so với khối lượng nguyên liệu.
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 40
Bảng 3.12: Hàm lượng % chất màu của 300g nguyên liệu khi chiết với các thể tích dung môi khác nhau
VNaOH (ml) 4200 4500 4800 5100 5400
m0 (g) 300,05 300,04 300,07 300,03 300,04
m1 (g) 11,27 10,04 10,80 10,87 10,84
m2 (g) 51,57 55,17 66,79 66,91 66,92
% chất màu 13,43 15,04 18,66 18,68 18,69
Tương tự với những khảo sát ở quy mô 5g, 100g hạt điệu nhuộm, với quy mô 300g nguyên liệu thì hàm lượng phẩm màu tăng đáng kể khi thể tích NaOH 0,5M tăng từ 4200ml đến 4800ml. Tiếp tục tăng thể tích của dung môi thì hàm lượng phẩm màu có tăng nhưng tăng không đáng kể.
Kết luận: Vì vậy tôi chọn tỷ lệ khối lượng hạt điều nhuộm (g)/thể tích dung môi NaOH 0,5M (ml) tối ưu là: 300/4800 cho việc khảo sát xây dựng quy trình chiết tách phẩm màu annatto E ở quy mô pilot.
3.2.5.3. Khảo sát thời gian ở quy mô 300g nguyên liệu
Để tiến hành khảo sát thời gian chiết tối ưu ở quy mô 300g nguyên liệu, tôi chọn 3 mốc thời gian là 2h, 3h, 5h để khảo sát. Thực hiện thí nghiệm tương tự như khảo sát tỷ lệ rắn lỏng ở trên.
Hình 3.7. Phẩm màu sau khi được sấy khô
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 41
Bảng 3.13: Hàm lượng % chất màu của 300g nguyên liệu khi chiết ở các thời gian khác nhau Thời gian (h) 2h 3h 5h m0 (g) 300,07 300,04 300,03 m1 (g) 10,39 12,39 10,72 m2 (g) 42,29 49,87 68,45 % chất màu 10,63 12,49 19,24
Dựa vào bảng 3.13 ta thấy, hàm lượng phẩm màu tăng dần theo thời gian và đạt mức cao nhất ở 5h. Tuy nhiên vì thời gian nghiên cứu có hạn, tôi dừng việc khảo sát thời gian ở đây. Chọn mức 5h là thời gian chiết tối ưu.
Kết luận: Tôi chọn thời gian chiết phẩm màu annatto E ở quy mô pilot tối ưu là 5 giờ
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 42
3.2.5.4. Xây dựng quy trình chiết tách phẩm màu annatto E ở quy mô pilot
3.2.6. Khảo sát khả năng hòa tan của phẩm màu annatto E
Mục đích: Khảo sát khả năng tan của phẩm màu
annatto E
Cách tiến hành
Cân chính xác 9 mẫu phẩm màu annatto E (0,1g/mẫu) trên cân phân tích hòa tan trong các dung môi là nước, etylaxetat, etanol ở lần lượt các nhiệt độ là 300C, 500C và nhiệt độ sôi của dung môi. Loc, lấy 0,5ml
Hạt điều nhuộm
Sàng sẩy, lượm bỏ cộng khô, sạn, hạt lép, hạt hư…
Nguyên liệu sạch (300g)