- Xác định các yếu tố điều chế dung môi xà phòng chiết curcumin phù hợp. - Xác định các thông số kỹ thuật của quá trình chiết curcumin.
CHƢƠNG II: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu:
2.1.1. Vật liệu chính:
Nguyên liệu sử dụng trong đề tài là nghệ vàng đƣợc thu mua ở địa bàn Nha trang nhƣng có nguồn gốc Đaklak. Nghệ đƣợc lựa chọn là củ nghệ to để dễ dàng cho việc làm sạch.
2.1.2. Vật liệu phụ:
- Dầu Lạc thô, dầu Nành: Đƣợc mua ở chợ Vĩnh Hải.
- Dầu Marvella: Đƣợc mua ở chợ Vĩnh Hải do công ty dầu ăn golden hope nhà bè sản xuất.
- Dầu Neptune: Đƣợc mua ở chợ Vĩnh Hải do công ty dầu thực vật Cái Lân sản xuất.
2.1.3. Hóa chất và dung môi xà phòng:
2.1.3.1. Axit clohydrit (HCl): Axit clohydrit dạng đậm đặc nồng độ 36,42%.
2.1.4. Dụng cụ và thiết bị:
- Các bình tam giác 250 ml, 500ml… - Cân điện tử.
- Nhiệt kế.
- Các dụng cụ và thiết bị khác nhƣ pipet, ống nghiệm, bình tam giác, cốc thủy tinh, đũa thủy tinh, buret.
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu:
2.2.1. Sơ đồ qui trình dự kiến chiết xuất Curcumin từ nghệ vàng bằng dung môi xà phòng: dung môi xà phòng:
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình dự kiến
Nguyên liệu Làm sạch, thái lát Sấy khô Nghiền, sàng Chiết Curcumin Lọc Trung hòa Lọc kết tủa Rửa kết tủa Sấy Sản phẩm Tạo xà phòng Dầu, NaOH
* Giải thích quy trình:
+ Nguyên liệu :
Nghệ tƣơi đƣợc mua tại địa bàn thành phố Nha Trang. Chọn củ nghệ không nẩy mầm, hƣ thối. Vỏ ngoài của củ có màu vàng xám, củ càng già vỏ ngoài có màu càng sẩm. Khi cắt củ nghệ ra làm đôi bên trong có hai phần riêng biệt là lõi và vỏ thịt. Lõi có màu vàng cam, vỏ thịt có màu nhạt hơn. Củ càng già màu của lõi và vỏ càng đậm và khó phân biệt.
+ Làm sạch, thái lát :
Nghệ tƣơi sau khi rửa sạch, dùng dao làm sạch lớp vỏ ngoài và thái lát mỏng.
Mục đích:
- Làm sạch là loại bỏ những tạp chất có trong nguyên liệu. - Thái lát là để rút ngắn thời gian sấy.
+ Sấy khô :
Nghệ sau khi thái lát, để ráo thì đƣa đi sấy.
Mục đích: làm giảm ẩm, tạo điều kiện thuận lợi cho việc xay nhỏ lát nghệ sau này.
+ Nghiền :
Nghệ sau khi đƣợc sấy khô và làm sạch, đƣợc đƣa nghiền nhỏ.
Mục đích của công đoạn này là nghiền nhỏ nguyên liệu để tăng diện tích tiếp xúc giữa chất chiết và dung môi giúp cho quá trình chiết nhanh chóng và hiệu quả hơn. Kích thƣớc nhỏ thì diện tích tiếp xúc lớn, tuy nhiên kích thƣớc quá nhỏ sẽ làm cho việc lọc dịch chiết khó khăn và nƣớc chiết đục.
+ Chiết Curcumin :
Đây là công đoạn rất quan trọng trong quá trình chiết xuất. Dung môi sử dụng là xà phòng đƣợc điều chế tại phòng thí nghiệm (phụ lục 7) bằng các loại dầu thực vật thô và tinh chế.
Điều chế xà phòng: xà phòng đƣợc điều chế tại phòng thí nghiệm. Tuỳ thuộc vào thí nghiệm mà có thể hoặc là thay đổi nồng độ kiềm hoặc là thay đổi loại dầu điều chế.
Cho bột nghệ đã biết chính xác độ ẩm và xà phòng, dạng lỏng có vào cốc thuỷ tinh.
Đun cách thuỷ hỗn hợp trên bếp điện, trong quá trình đun phải khuấy đều hỗn hợp bằng đũa thuỷ tinh. Nhiệt độ lớn nhất của hỗn hợp trong quá trình gia nhiệt phụ thuộc vào cách bố trí thí nghiệm.
Lọc hỗn hợp qua phễu lọc có lót vải lọc. Quá trình chiết đƣợc lặp lại cho mỗi thí nghiệm.
Axit hoá nƣớc chiết bằng axit HCl cho đến khi dung dịch nƣớc chiết xuất hiện kết tủa màu vàng hơi cam. Phần kết tủa cùng dung dịch cho qua phễu có giấy lọc. Kết tủa thu đƣợc trên giấy lọc tiếp tục rửa lại nhiều lần bằng nƣớc ấm cho đến khi không còn axit nữa thì dừng. Lúc này ta thu đƣợc curcumin thô có màu vàng nâu sáng, đem sấy khô.
Mục đích của quá trình này là hoà tan hạt màu vào trong dung dịch xà phòng.
+ Sấy và bảo quản :
Kết tủa sau khi đƣợc rửa sạch, đem sấy khô và bảo quản. Mục đích:
- Tăng thời gian bảo quản cho sản phẩm. - Làm giảm khối lƣợng của sản phẩm.
2.2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thông số của dung môi xà phòng dung chiết curcumin: dung chiết curcumin:
2.2.2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định loại dầu điều chế xà phòng để chiết curcumin:
Hình 2.2. Sơ đồ thí nghiệm xác định loại dầu.
* Tiến hành thí nghiệm:
Tiến hành thí nghiệm với 4 loại dầu khác nhau. Nồng độ kiềm để điều chế xà phòng là 40%, nhiệt độ thí nghiệm là 70oC. Thời gian giữ nhiệt của quá trình chiết là 5 phút. Bột nghệ có kích thƣớc dự kiến là ≤ 1mm và độ ẩm 8-10%. Mỗi
Lọc
Tách xà phòng
Trung hòa
Lọc kết tủa
Sấy
Xác định hiệu suất thu curcumin thô, đánh giá chất lƣợng cảm quan
Chọn loại dầu thích hợp để điều chế xà phòng
Bột nghệ khô
Chiết Curcumin Tạo xà phòng
Dầu Lạc thô
Dầu Nành
Dầu Nepture
Dầu Marvella
mẫu nghệ đƣợc chiết lặp đi lặp lại 3 lần. Các bƣớc tiến hành thí nghiệm đƣợc trình bày ở mục 2.2.1.
2.2.2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ kiềm điều chế xà
phòng dùng chiết curcumin:
Hình 2.3. Sơ đồ thí nghiệm xác định nồng độ kiềm.
NaOH 50 Lọc Tách xà phòng Trung hòa Lọc kết tủa Sấy
Cân, xác định hiệu suất chiết, đánh giá chất lƣợng cảm quan Chọn nồng độ kiềm thích hợp Chiết Curcumin Bột nghệ khô Dầu Tạo xà phòng với NaOH nồng độ (%) 20 25 30 35 40 45
* Tiến hành thí nghiệm:
Khảo sát sự ảnh hƣởng của nồng độ kiềm để sản xuất xà phòng đến hiệu suất chiết, ta chỉ thay đổi nồng độ kiềm từ 20 50%. Các điều kiện thí nghiệm đƣợc cố định nhƣ: loại dầu (dầu lạc thô), nhiệt độ chiết (70 0
C), thời gian giữ nhiệt (5phút), bột nghệ có kích thƣớc dự kiến là ≤ 1mm và độ ẩm 8-10%. Các bƣớc tiến hành thí nghiệm đƣợc trình bày ở mục 2.2.1.
2.2.2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định kích thƣớc hạt nghệ để chiết curcumin.
Hình 2.4. Sơ đồ thí nghiệm xác định kích thước hạt nghệ.
Nguyên liệu
Chiết Curcumin
Sấy
Cân, xác định hiệu suất chiết Sàng 0.5 x 0.5 1 x 1 2.5 x 2.5 3.5 x 3.5 Chọn kích thƣớc hạt nghệ thích hợp . . . … . . . …
Tiến hành thí nghiệm:
Tiến hành thí nghiệm với 4 kích thƣớc hạt nghệ khác nhau trong khoảng từ 0.5 mm đến 3.5 mm. Bột nghệ đƣợc cho qua 4 sàng có kích thƣớc lỗ khác nhau nhƣ sau:
- Sàng 1: 3,5 x 3,5mm - Sàng 2: 2,5 x 2,5mm - Sàng 3: 1 x 1 mm - Sàng 4: 0.5 x 0.5mm
4 mẫu ứng với 4 loại: + Lọt sàng 1, không lọt sàng 2 + Lọt sàng 2, không lọt sàng 3 + Lọt sàng 3, không lọt sàng 4 + Lọt sàng 4
Nhiệt độ thí nghiệm là 70 0C, nồng độ kiềm để điều chế xà phòng là 40%. Thời gian giữ nhiệt của quá trình chiết là 5 phút, độ ẩm 8-10%. Mỗi mẫu nghệ đƣợc chiết lặp đi lặp lại 3 lần. Các bƣớc tiến hành thí nghiệm đƣợc trình bày ở mục 2.2.1.
2.2.2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định độ ẩm của bột nghệ.
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định độ ẩm của bột nghệ.
Tiến hành thí nghiệm: Tiến hành thí nghiệm với 5 độ ẩm khác nhau. Các
thông số khác tƣơng tự nhƣ ở các thí nghiệm trên. Mỗi mẫu nghệ đƣợc chiết lặp đi lặp lại 3 lần. Các bƣớc tiến hành thí nghiệm đƣợc trình bày ở mục 2.2.1.
Nghệ tƣơi Xử lý Sấy đến độ ẩm (%) Nghiền, sàng Cân xác định hiệu suất chiết Chọn độ ẩm bột nghệ thích hợp … 4 6 8 10 12
2.2.2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ chiết đến hiệu
suất chiết curcumin.
Hình 2.6. Sơ đồ thí nghiệm xác định nhiệt độ chiết thích hợp
* Tiến hành thí nghiệm:
Để khảo sát sự ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất chiết ta cố định loại xà phòng (loại dầu chọn theo kết quả thí nghiệm và nồng độ NaOH_40 %). Tiến hành thí nghiệm với nhiệt độ từ 50 ÷ 100 0
C. Bột nghệ có kích thƣớc dự kiến là ≤1 mm và độ ẩm 6-8%. Thời gian giữ nhiệt của quá trình chiết là 5 phút.
Dầu, NaOH
Tạo xà phòng Bột nghệ khô
Chiết Curcumin với nhiệt độ (o
C) Lọc Tách xà phòng Trung hòa Lọc kết tủa Sấy
Cân, xác định hiệu suất chiết, đánh giá chất lƣợng cảm quan
Chọn nhiệt độ thích hợp để điều chế xà phòng
Mỗi mẫu nghệ đƣợc chiết lặp đi lặp lại 3 lần. Các bƣớc tiến hành thí nghiệm đƣợc trình bày ở mục 2.2.1.
2.2.2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian chiết đến hiệu
suất chiết curcumin.
Hình 2.7. Sơ đồ thí nghiệm xác định thời gian chiết thích hợp.
* Tiến hành thí nghiệm:
Để khảo sát sự ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất chiết ta cố định loại xà phòng (loại dầu chọn theo kết quả thí nghiệm và nồng độ NaOH_40 %). Tiến
Dầu, NaOH
Tạo xà phòng Bột nghệ khô
Chiết Curcumin với thời gian ( phút)
Lọc
Tách xà phòng
Trung hòa
Lọc kết tủa
Sấy
Cân, xác định hiệu suất chiết, đánh giá chất lƣợng cảm quan
Chọn thời gian thích hợp để điều chế xà phòng
hành thí nghiệm với thời gian chiết từ 3-9 phút. Nhiệt độ chiết là 900C, bột nghệ có kích thƣớc là ≤1 mm và độ ẩm 6-8%. Mỗi mẫu nghệ đƣợc chiết lặp đi lặp lại 3 lần. Các bƣớc tiến hành thí nghiệm đƣợc trình bày ở mục 2.2.1.
2.2.3. Phƣơng pháp chiết và đánh giá. 2.2.3.1. Phƣơng pháp chiết : 2.2.3.1. Phƣơng pháp chiết :
Phƣơng pháp chiết tách đƣợc dùng là chiết trong hệ rắn lỏng, dung môi sử dụng là xà phòng. Quá trình chiết tách thực hiện gián đoạn.
Cơ chế quá trình: Dƣới tác động của nhiệt độ và khuấy trộn thành tế bào chứa chất màu bị rách dung dịch xà phòng len vào giữa chất màu và bề mặt tế bào làm giảm sức căng giao diện của hạt với xà phòng, sức căng giao diện của thành tế bào và dung dịch xà phòng. Do đó hạt màu đƣợc xà phòng cuốn ra. Đồng thời sự tạo thành mixen trong dung dịch xà phòng, phần kị nƣớc của phân tử hoạt động bề mặt quay về phía trong, trong khi phần ƣa nƣớc quay hƣớng ngoài. Chất màu không hoà tan trong nƣớc nhƣng hoà tan trong các mixen này.
Khi axit hoá dung dịch lọc :
RCOONa + HCl RCOOH + NaCl
Tạo ra kết tủa màu vàng hơi cam. Phần kết tủa cùng dung dịch cho qua lọc. Kết tủa thu đƣợc trên giấy lọc tiếp tục rửa lại nhiều lần bằng nƣớc ấm cho đến khi không còn axit nữa thì ta thu đƣợc curcumin. Curcumin sẽ kết tủa trong môi trƣờng có muối ăn vì đây là môi trƣờng phân cực.
Sự hoà tan không chọn lọc của các mixen xà phòng làm sản phẩm chiết chứa nhiều tạp chất. Đây là hạn chế của dung môi xà phòng.
2.2.3.2. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng ẩm của nguyên liệu.
Bằng phƣơng pháp sấy đến khối lƣợng không đổi ở phụ lục 6.
2.2.3.3. Phƣơng pháp xác định hiệu suất chiết.
Hiệu suất chiết curcumin thô trong đề tài đƣợc tính bằng khối lƣợng chất màu sau khi chiết/khối lƣợng mẫu ban đầu.
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm của nghệ tươi :
Gọi G 0 : Khối lƣợng cốc sứ đã sấy ,g.
G1 : Khối lƣợng cốc và nguyên liệu trƣớc khi sấy, g. G2 : Khối lƣợng cốc và nguyên liệu sau khi sấy ,g. Độ ẩm của nguyên liệu tính theo công thức:
W= 100% 0 1 1 2 G G G G
Bảng 3.1. Hàm lượng ẩm của nghệ tươi.
TT Nguyên liệu G0 (g) G1(g) G2 (g) W (%) 1 Củ non 17,35 22,71 18,19 84,33 2 30,59 35,81 31,44 83,72 3 40,47 45,96 41,60 83,52
Độ ẩm trung bình của củ non 83,86
1 Củ chính 32,00 37,44 32,80 85,29 2 32,50 37,80 33,31 84,72 3 33,49 38,84 34,26 85,61 Độ ẩm trung bình của củ chính 85,21 1 Củ nguyên 32,27 38,02 33,18 84,17 2 34,67 39,79 35,46 84,57 3 33,59 39,17 34,44 84,95
Độ ẩm trung bình của củ nguyên 84,56
Nhận xét: Độ ẩm của từng phần khác nhau của củ nghệ là khác nhau, tuy nhiên sự khác nhau này là không đáng kể. Cao nhất là củ chính, bé nhất là củ non. Giữa phần vỏ và phần lõi độ ẩm gần nhƣ nhau. Nhìn chung, hàm lƣợng ẩm trong củ nghệ khá cao (chiếm khoảng 84%).
3.2. Xác định các thông số kỹ thuật của qui trình sản xuất.
3.2.1. Kết quả xác định loại dầu điều chế xà phòng để chiết curcumin thô. thô.
Thực hiện thí nghiệm theo sơ đồ 2.2. Kết quả thu đƣợc ở bảng phụ lục 1, kết quả đánh giá cảm quan ghi ở bảng 3.2.
Từ kết quả bảng phụ lục 1 ta có đồ thị mô tả sự thay đổi hiệu suất chiết curcumin thô theo loại dầu ở hình 3.1.
Hình 3.1. Ảnh hưởng loại dầu điều chế xà phòng hiệu suất chiết Curcumin thô. Bảng 3.2. Mô tả chất lượng cảm quan sản phẩm theo loại dầu điều chế dung
môi xà phòng.
Loại dầu
Chỉ tiêu cảm quan
Màu sắc Vị Mùi
Dầu lạc thô Màu vàng cam tƣơi Hài hòa Mùi thơm nhẹ Dầu nành Màu vàng cam nhạt Đắng ít Mùi thơm nồng Dầu Marvela Màu vàng cam nhạt Đắng gắt Mùi thơm nhẹ Dầu Neptune Màu vàng cam nhạt Đắng ít Mùi thơm nhẹ
Nhận xét : Khi sử dụng các loại dầu khác nhau để tạo ra xà phòng để chiết curcumin thì hiệu suất chiết cũng khác nhau. Khi sử dụng dầu lạc thô để
34.52 28.63 20.15 19.72 0 5 10 15 20 25 30 35 40
Dầu lạc thô Dầu Nành Dầu Marvela Dầu Nepture
Loại dầu H iệ u s u ất ch iế t cu rc u m in (% )
điều chế xà phòng thì hiệu suất chiết là cao nhất so với các loại dầu khác. Điều này có thể do những nguyên nhân sau:
Thực tế xà phòng điều chế đƣợc ở dạng sệt không đƣợc làm khô, tách glyxerin cũng nhƣ làm sạch màu....Và gọi lƣợng xà phòng điều chế đƣợc này là lƣợng xà phòng lý thuyết.
Hàm lƣợng axit béo tự do trong dầu lạc thô nhiều hơn rất nhiều so với các loại dầu tinh chế cho nên lƣợng xà phòng thực tế / lƣợng xà phòng lý thuyết cũng lớn hơn.
Do thành phần gốc axit không no trong dầu lạc lớn hơn trong các loại dầu khác nên đã hòa tan curcumin tốt hơn.[3]
Axit oleic trong dầu lạc thô chiếm hàm luợng lớn từ 50 60%. Theo Louis Hồ Tấn Tài thì những xà phòng chứa nhiều oleat thì khả năng hòa tan các chất không tan trong nƣớc rất lớn.[8]
Mặt khác theo Traube thì việc kéo dài dây kị nƣớc (ở đây là axit béo) sẽ làm giảm nồng độ mixen tới hạn. Trong khi đó, nếu nồng độ mixen tới hạn giảm (CMC) sẽ làm gia tăng số lƣợng và kích cỡ các mixen, đều này sẽ làm gia tăng sự hòa tan hóa. Mà khả năng hòa tan hóa là một đặc tính hấp dẫn của các chất hoạt động bề mặt, chính khả năng này mà nó có thể hòa tan những hợp chất hữu cơ thực tế không tan trong nƣớc. Mà thành phần chính của axit béo trong dầu lạc thô là các C18, ít C12, C14, C16 nhƣ trong dầu nành cũng nhƣ các loại dầu khác. Chính thành phần này góp phần hiệu quả chiết của xà phòng đƣợc điều chế từ dầu lạc.
3.2.2. Kết quả thí nghiệm xác định nồng độ kiềm điều chế xà phòng để chiết curcumin. chiết curcumin.
Thực hiện thí nghiệm theo sơ đồ 2.3. Kết quả thu đƣợc ở bảng phụ lục 2, kết quả đánh giá cảm quan ghi ở bảng 3.3.
Từ bảng phụ lục 2 ta có đồ thị mô tả sự thay đổi hiệu suất chiết curcumin thô theo nồng độ kiềm ở hình 3.2.
30.49 32.8 34.52 29.75 25.18 19.57 17.34 0 5 10 15 20 25 30 35 40 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Nồng độ kiềm (%)