2.8.1. Số lượng dung môi
Các dung môi được sử dụng để chiết xuất dầu còn lại đã được thải ra bằng cách sử dụng khai thác cơ học vì quá trình chiết dung môi đem lại lợi ích lượng dầu cao hơn đáng kể so với chiết xuất cơ khí. Nhưng trong việc sử dụng lượng lớn dung môi nó đòi hỏi thời gian dài cho dung môi bay hơi, còn lại chiết xuất dầu. Như vậy cám gạo được chiết xuất ổn định ở tỷ lệ dung môi tới cám thích hợp 1,77 : 1,00 [9].
2.8.2. Loại dung môi
Những dung môi để chiết xuất dầu cần phải có một điểm sôi tương đối thấp và không dễ cháy, không độc trong cả hai chất lỏng và hơi nước. Tuy nhiên, hexane được sử dụng như một dung môi để chiết xuất dầu từ thương mại cám gạo mặc dù hexane gây cháy, tiềm năng, sức khỏe và các mối nguy
hiểm môi trường, nhưng nó có điểm sôi thấp và không tốn kém [6, 5].
Cồn ethanol đề xuất làm dung môi trích ly, do an toàn, rẻ tiền hơn và nó cũng được sử dụng để trích ly cám gạo [9].
2.8.3. Mật độ của cám gạo
Ngoài dung môi ra thì mật độ cám gạo cũng là nhân tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly. Rất khó để trích ly dầu từ cám gạo với mật độ cao, nếu mảnh cám gạo có mật độ thấp, các vảy dễ dàng bị phá vỡ. Vì vậy, để có được khai thác dầu tối ưu, nó là cần thiết để duy trì độ dày thích hợp và giảm những hạt cám gạo dài [5].
2.8.4. Độ ẩm
Độ ẩm vảy cám gạo cần có độ ẩm không quá 10% vì các dung môi khó xâm nhập vào hai mặt khi vảy cám gạo có độ ẩm cao hơn. Bên cạnh đó hiệu
quả của việc khai thác dầu phụ thuộc vào nguồn nước hoặc hơi ẩm trong dung môi.
2.8.5. Nhiệt độ
Nhiệt độ trong quá trình khai thác dầu là khoảng 60oC để rút ngắn thời gian khai thác. Có giới hạn trên cho việc khai thác nhiệt độ, dung môi an toàn ở trạng thái lỏng. Phạm vi sôi của dung môi hexan thương mại thường là 64 – 69oC [9].
2.8.6. Thời gian
Phần III
ĐỐI TƯỢNG - NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU, ĐỊA ĐIỂM & THỜI GIAN NGHIÊN CỨU 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
- Cám từ các loại gạo lấy từ các cơ sở xay sát ở Đan Phượng Hà Nội.
Cám gạo được bảo quản ở 20oC cho đến khi sử dụng làm mẫu thí nghiệm.
3.1.2. Vật liệu nghiên cứu 3.1.2.1. Hóa chất - Cồn thực phẩm (C2H5OH) 96o - NaOH 10% - Clorofom (CHCl3) 99% - Ete - Acid clohydric (HCl) 36 – 37 % - Acid ascobic 10-2M - HCl 2%; 6N - Phenolphatalein 1%
- Acid ecetic (CH3COOH) 10%
- FeSO4 10-3
- Hóa chất dùng định tính sterol: anhydrit acetic, CHCl3, H2SO4,
- Bộ trích ly Soxhlet - Nồi áp suất
- Hệ thống trích ly, cô chân không, thu hồi dung môi quy mô 70 lít/mẻ - Máy cô đặc
- Cân kỹ thuật, cân phân tích định tính - Tủ sấy tự động khống chế nhiệt độ - Bếp điện, bếp cách thủy
- Vải màn, phễu lọc, cốc đong, ống đong và bình tam giác các loại - Đũa thủy tinh, buret, pipet các loại, giấy lọc, nhiệt kế các loại - Bình định mức 100, 250, 500 và 1000 ml
3.1.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
- Địa điểm: Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch Địa chỉ: Số 126 phố Trung Kính – Trung Hòa – Cầu Giấy – Hà Nội. - Thời gian nghiên cứu: 15/1/2011 đến 15/5/2011.
3.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
3.2.1. Nghiên cứu quy trình trích ly Gamma oryzanol từ cám gạo
- Nghiên cứu chế độ xử lý cám gạo nguyên liệu trước khi trích ly.
- Xác định loại dung môi, nồng độ dung môi đến hiệu suất trích ly Gamma oryzanol từ cám gạo.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly Gamma oryzanol.
3.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU3.3.1. Bố trí thí nghiệm 3.3.1. Bố trí thí nghiệm
3.3.1.1. Xử lý cám gạo nguyên liệu trước khi trích ly
Cám gạo lấy từ các cơ sở xay sát gạo ở Đan Phượng Hà Nội. Cám gạo
được đóng gói vào túi và bảo quản ở nhiệt độ 20oC. Do cám gạo ở trạng thái
xốp, tế bào phá vỡ, có hệ enzym lipase nội tại, cùng sự xâm nhập của môi trường, nên phản ứng thủy phân và oxi hóa của dầu trong cám phát triển nhanh. Cám gạo rất dễ bị ôi hỏng, chua khét… Nên ta cần xử lý cám gạo nguyên liệu trước khi đưa vào quá trình trích ly gamma oryzanol để quá trình trích ly xảy ra thuận lợi hơn mà không gây ra các ảnh hưởng xấu đến hiệu suất thu hồi gamma oryzanol.
- Tiến hành cân 100 g cám gạo, cho vào cốc thủy tinh đem sấy trong tủ sấy tự động khống chế nhiệt độ, ở 100oC – 105oC trong thời gian 10 phút.
- Trong quá trình sấy tiến hành đảo trộn cám để nhiệt độ tiếp xúc cám đều hơn.
- Sau đó sấy tiếp, hạ nhiệt độ của tủ sấy xuống 60oC khoảng thời gian 3 giờ, đảo trộn đều tay cho tới khi hàm ẩm của cám đạt khoảng 5 %. Ta thu được cám gạo nguyên liệu để thực hiên các thí nghiệm tiếp theo.
3.3.1.2. Xác định loại dung môi ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly
Quá trình trích ly ảnh hưởng rất nhiều yếu tố công nghệ: loại dung môi trích ly, nồng độ dung môi, nhiệt độ, tỷ lệ dung môi, thời gian trích ly… Một trong số những yếu tố ảnh hưởng đó là loại dung môi nào có ảnh hưởng tới hiệu suất trích ly gamma oryzanol. Những dung môi dùng để chiết xuất dầu cần phải có một điểm sôi tương đối thấp và không dễ cháy, không độc trong cả hai chất lỏng và hơi nước. Tuy nhiên, cần chọn loại dung môi an toàn cho
- Sau khi xử lý cám gạo nguyên liệu có độ ẩm thích hợp là 5%, tiến hành trích ly 3 mẫu song song với các loại dung môi khác nhau: n – hexan, isopropyl alcohol, cồn ethanol 96o.
- Tiến hành cân 100 g cám gạo đã được xử lý, cân tiếp 300 g dung môi mỗi loại. Ở nhiệt độ 65oC trong thời gian 3 giờ, trích ly 3 mẫu song song bằng bộ trích ly Soxhlet.
- Dịch trích ly được xử lý đuổi dung môi đến trong lượng không đổi. Lượng hoạt chất sinh học thô đem tinh chế để thu được hoạt chất tinh. Dựa vào hiệu suất trích ly xác định loại dung môi nào cho hiệu suất trích ly cao nhất. Kết quả đều được xử lý thống kê theo chương trình IRRISTAT 4.0.
3.3.1.3. Xác định nồng độ trích ly ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly
Sau khi làm thí nghiệm xác định loại dung môi ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly lựa chọn được loại dung môi thích hợp. Tiến hành thí nghiệm dung môi đã chọn trên các nồng độ dung môi là 65o, 75o, 96o ở cùng điều kiện công nghệ để xác định nồng độ dung môi phù hợp cho việc tách chiết hoạt chất.
- Tiến hành cân 100 g cám gạo đã được xử lý, cân tiếp 300 g dung môi đã chọn ở mục 3.3.1.2.
- Ở nhiệt độ 65oC trong thời gian 3 giờ, trích ly 3 mẫu song song bằng bộ trích ly Soxhlet.
- Dịch trích ly được xử lý đuổi dung môi đến trong lượng không đổi. Lượng hoạt chất sinh học thô đem tinh chế để thu được hoạt chất tinh. Dựa vào hiệu suất trích ly xác định nồng dung môi là bao nhiêu thì cho hiệu suất trích ly cao nhất. Kết quả đều được xử lý thống kê theo chương trình IRRISTAT 4.0.
3.3.1.4. Xác định nhiệt độ trích ly ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly
Ngoài các yếu tố như loại dung môi trích ly, nồng độ dung môi thì nhiệt độ cũng là yếu tố quan trọng có ảnh hưởng tới hiệu suất trích ly gamma oryzanol. Sau khi làm thí nghiệm xác định nồng độ dung môi ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly lựa chọn được nồng độ dung môi thích hợp. Để xác định nhiệt độ trích ly ảnh hưởng tới hiệu suất trích ly ta tiến hành thí nghiệm ở các mức nhiệt độ là 45oC, 55oC, 65oC, 70oC, 75oC.
- Tiến hành cân 100 g cám gạo đã được xử lý, cân tiếp 300 g dung môi với nồng độ đã chọn ở thí nghiệm mục 3.3.1.2 và mục 3.3.1.3.
- Ở nhiệt độ 65oC trong thời gian 3 giờ, trích ly 5 mẫu song song bằng bộ trích ly Soxhlet.
- Dịch trích ly được xử lý đuổi dung môi đến trong lượng không đổi. Lượng hoạt chất sinh học thô đem tinh chế để thu được hoạt chất tinh. Dựa vào hiệu suất trích ly xác định nhiệt độ trích ly là bao nhiêu thì cho hiệu suất trích ly cao nhất. Kết quả đều được xử lý thống kê theo chương trình IRRISTAT 4.0.
3.3.1.5. Xác định tỷ lệ dung môi ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly
Tỷ lệ dung môi cũng là một trong những yếu tố quyết định tới hiệu suất trích ly cao nhất. Chất lượng của dịch chiết phụ thuộc vào tỷ lệ nguyên liệu và dung môi. Nếu dùng ít dung môi có thể không chiết hết được hoạt chất, nhưng nếu dùng nhiều dung môi quá thì lượng hoạt chất trong dịch chiết không tăng mà lại tăng lượng tạp chất và gây lãng phí dung môi. Chính vì vậy ta cần xác định tỷ lệ dung môi và nguyên liệu để hiệu suất trích ly gamma oryzanol là cao nhất.
- Thí nghiệm tiến hành với các tỷ lệ dung môi / cám gạo nguyên liệu khác nhau là: 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1 để xác định tỷ lệ dung môi / nguyên liệu phù hợp nhất cho việc tách chiết hoạt chất.
- Tiến hành cân 100 g cám gạo đã được xử lý. Cân lần lượt các mẫu 100 g, 200 g, 300 g, 400 g, 500 g dung môi với nồng độ đã chọn ở mục 3.3.1.2 và mục 3.3.1.3.
- Ở nhiệt độ 65oC trong thời gian 3 giờ, trích ly 5 mẫu song song bằng bộ trích ly Soxhlet.
- Dịch trích ly được xử lý đuổi dung môi đến trong lượng không đổi. Lượng hoạt chất sinh học thô đem tinh chế để thu được hoạt chất tinh. Dựa vào hiệu suất trích ly xác định nhiệt độ trích ly là bao nhiêu thì cho hiệu suất trích ly cao nhất. Kết quả đều được xử lý thống kê theo chương trình IRRISTAT 4.0.
3.3.1.6. Xác định thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly
Sau khi đã xác định được các yếu tố để hiệu suất trích ly cao nhất như thời gian sấy nguyên liệu, loại dung môi, nồng độ dung môi, nhiệt độ dung môi. Tiến hành thí nghiệm với các ngưỡng thời gian cho mỗi lần trích ly là: 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5 giờ để xác định thời gian trích ly phù hợp cho hiệu suất trích ly cao nhất.
- Tiến hành cân 100 g cám gạo đã được xử lý, cân tiếp 300 g dung môi và nồng độ dung môi đã chon ở các mục trên.
- Ở nhiệt độ 65oC trong thời gian 4 giờ, trích ly 4 mẫu song song bằng bộ trích ly Soxhlet.
- Dịch trích ly được xử lý đuổi dung môi đến trong lượng không đổi. Lượng hoạt chất sinh học thô đem tinh chế để thu được hoạt chất tinh. Dựa vào hiệu suất trích ly xác định thời gian trích ly là bao nhiêu thì cho hiệu suất
trích ly cao nhất. Kết quả đều được xử lý thống kê theo chương trình IRRISTAT 4.0.
3.3.1.7. Xây dựng quy trình trích ly gamma oryzanol
Cám gạo nguyên liệu
Xử lý cám gạo:
Sấy ở 100 – 105oC/10 phút, sấy tiếp 60oC/ khoảng 4 giờ, hàm ẩm khoảng 5%
Cô dịch trích ly Dầu cám gạo thô, gamma oryzanol Bã cám gạo đã trích ly Thu hồi ethanol Trích ly Gamma oryzanol Ethanol 96o/ cám gạo = 3/1 Trích ly ở 65 – 70oC/4 giờ
3.3.2. Các chỉ tiêu nghiên cứu
3.3.2.1. Xác định hàm ẩm của cám gạo nguyên liệu theo phương pháp sấy khô đến khối lượng không đổi
Do cám gạo ở trạng thái xốp, tế bào phá vỡ, có hệ enzym lipase nội tại, cùng sự xâm nhập của môi trường, nên phản ứng thủy phân và oxi hóa của dầu trong cám phát triển nhanh. Sự thủy phân dầu tạo ra các acid béo tự do cao làm cho cám bị ôi hỏng, chua khét… không thuận lợi cho quá trình chế biến sau này. Chính vì vậy, để tàng trữ cám gạo cho chế biến cũng như chiết xuất gamma oryzanol cần có phương pháp bảo quản cám gạo cho trích ly gamma oryzanol bằng phương pháp sấy khô đến khối lượng không đổi.
* Cách tiến hành
Cân 100 g cám nguyên liệu trong hộp nhôm đã biết trước trọng lượng.
Đặt hộp nhôm có chứa mẫu vào tủ sấy ở nhiệt độ 105oC. Sau 3 giờ đem đi
làm nguội trong bình hút ẩm và cân. Tiếp theo lại đặt hộp cùng mẫu vào tủ sấy và sấy tiếp khoảng từ 30 – 60 phút rồi lại đem là nguội trong bình hút ẩm. Sau đó đem cân lại, nếu sai số giữa hai lần cân không quá 0.01 g thì quá trình sấy xem như kết thúc.
* Cách tính
Hàm ẩm của nguyên liệu được tính theo công thức sau: W = 100%
Trong đó:
a: Khối lượng hộp nhôm cộng nguyên liệu trước khi sấy (g) b: Khối lượng hộp nhôm chứa nguyên liệu sau khi sấy (g) c: Khối lượng hộp nhôm khô không chứa nguyên liệu (g)
Nguyên liệu được sấy tới hàm ẩm khoảng 5%. Cân 100 g cám gạo nguyên liệu rồi đem trích ly bằng dung môi cồn ethanol 96o với tỷ lệ ethanol 96o / cám gạo = 3 / 1, trích ly ở nhiệt độ 65 – 70oC trong thời gian là 4 giờ.
Dịch trích ly thu được đem lọc qua vải màn và giấy lọc khổ to để loại bỏ hết cặn và tạp chất thu được dầu cám gạo thô.
Dầu cám gạo thô được xà phòng hóa với 1.7 % NaOH ở 90oC trong
thời gian là 1 giờ. Trung hòa kiềm dư bằng Na2CO3. Dịch xà phòng hóa đem
sấy đối lưu và tạo sợi xà phòng khô ở 115oC trong 2 giờ. Sợi xà phòng khô
trích ly với ethyl acetate trong khoảng 4 giờ. Thu hồi dung môi cồn và lọc tách sáp thu được dịch lọc. Sau đó cô tới khối lượng không đổi ta xác định được hàm lượng gamma oryzanol thu được.
3.3.2.3. Xác định hiệu suất trích ly gamma oryzanol
Để đánh giá hiệu quả tách chiết hoạt chất gamma oryzanol người ta dùng phương pháp xác định hiệu suất trích ly gamma oryzanol.
Hiệu suất trích ly (HSTL): là hiệu suất thu gamma oryzanol theo hàm lượng gamma oryzanol có trong nguyên liệu. HSTL được tính theo công thức sau:
HSTL (%) = 100% Trong đó:
HSTL: Hiệu suất trích ly (%) LHCT: Lượng hoạt chất tinh (g)
Lượng hoạt chất có trong nguyên liệu là 0.32 g.
3.3.3. Phương pháp xử lý số liệu
Số liệu được xử lý thống kê theo chương trình IRISTAT 4.0.
Phần IV
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Xử lý cám gạo nguyên liệu Nguyên liệu Chọn loại dung môi thích hợp Chọn nồng độ dung môi thích hợp Xác định chế độ trích ly thích hợp
Lượng dung môi
Nhiệt độ trích ly
Thời gian trích ly
gamma oryzanol
4.1. XỬ LÝ CÁM GẠO NGUYÊN LIỆU TRƯỚC KHI TRÍCH LY
4.1.1. Nghiên cứu xác định phương pháp xử lý cám nguyên liệu cho trích ly gamma ozyzanol từ cám gạo
Cám gạo ở trạng thái xốp, tế bào phá vỡ, có hệ enzym lipase nội tại, cùng sự xâm nhập của môi trường, nên phản ứng thủy phân và oxi hóa của dầu trong cám phát triển nhanh. Sự thủy phân dầu tạo ra các acid béo tự do cao làm cho cám bị ôi hỏng, chua khét… không thuận lợi cho quá trình chế