M Ở ĐẦU
3.4. Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ quy mô thực nghiệm và sản
3.4.1. Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ quy mô thực nghiệm và sản xuất thử nghiệm chiết tách các hợp chất flavonoid từ vỏ hành
Việc sản xuất thử nghiệm chiết tách các hợp chất flavonoid từ vỏ hành được thực hiện trên dây chuyền thiết bị chiết tách các hoạt chất sinh học tự nhiên từ thực vật công suất 100 kg nguyên liệu khô/mẻ (có bổ sung hệ thống thiết bị phân tách bằng cột đồng bộ được mua mới). Cơ sở cho việc tiến hành sản xuất thử nghiệm là quy trình công nghệ sản xuất các chất flavonoid từ vỏ hành đã được xác lập tại phòng thí nghiệm (sơ đồ 3.1, trang 68, 69). Tuy nhiên, trước khi tiến hành sản xuất thử nghiệm cần hiệu chỉnh các thông số kỹ thuật, nhất là khi sử dụng các thiết bị mớị Do vậy, chúng tôi đã thực hiện khảo sát hai mẻ nhỏ, mỗi mẻ 30 kg nguyên liệu để hoàn thiện quy trình công nghệ cho phù hợp với sản xuất ở quy mô thực nghiệm. Qua đó, chúng tôi nhận thấy, nhìn chung, quy trình công nghệ sản xuất các chất flavonoid từ vỏ hành đã được xác lập tại phòng thí nghiệm khá phù hợp cho sản xuất thử nghiệm ở quy mô pilot trừ một thông số kỹ thuật cần điều chỉnh cho phù hợp là: Tốc độ khuấy trong công đoạn trích ly: 50 vòng/phút và công đoạn cô đặc sản phẩm: trong phòng thí nghiệm chúng tôi chỉ sử dụng thiết bị cô quay chân không nhưng ở quy mô pilot: đầu tiên sản phẩm được cô đặc trên thiết bị bốc hơi màng mỏng ở áp suất chân không 700 mbar; áp suất hơi (gia nhiệt): 1,2 at; nhiệt độ đỉnh kết thúc 70oC, sau đó, tiếp tục cô đặc trên thiết bị cô quay chân không Buchi R-220 đến trọng lượng không đổi ở áp suất chân không 200 mbar, nhiệt độ 50oC. Từ các kết quả thu được chúng tôi đưa ra quy trình công nghệ sản xuất các chất flavonoid từ vỏ hành ở quy mô thực nghiệm, được trình bày tại sơ đồ 3.4.
Sắc ký cột XAD-2 (80xØ15 cm)
H2O/flavonoid: 30/1; EtOH/flavonoid: 50/1
Kết tinh, 10oC, 24h Phân đoạn EtOH
Cao chiết Flavonoit
Sản phẩm Flavonoid tinh sạch H2O, EtOH Bã vỏhành Phân đoạn H2O Xử lý nguyên liệu Sấy khô to=60oC (W = 8 %) Xay ( 2 < d 3 mm) Dịch trích ly
- Cô đặc trên thiết bị bốc hơi màng mỏng
Áp suất chân không: 700mbar
Áp suất hơi: 1,2 at; Nhiệt độđỉnh kết thúc: 70oC
- Cô đặc trên thiết bị cô quay Buchi R-220
Áp suất chân không: 200mbar; nhiệt độ: 50oC
Trích ly
Dung môi EtOH 95% - Số lần TL: 2 lần (1/12;1/8) - Tỷ lệ NL/DM: 1/20 - Tốc độ khuấy: 50 vòng/phút - Thời gian: 5 giờ/lần - Nhiệt độ TL: 60oC Vỏ củ hành EtOH 95% Lọc; Sấy đông khô
Sơđồ 3.4. Quy trình công nghệ sản xuất các hợp chất flavonoid từ vỏ củ hành quy mô sản xuất thực nghiệm
Thuyết minh quy trình 1. Xử lý nguyên liệu:
+ Phế thải vỏ hành được loại bỏ tạp chất, sấy khô ở nhiệt độ 60oC đến khi đạt độ ẩm 8% (đo bằng máy xác định độ ẩm nhanh)
+ Nguyên liệu sau khi sấy được xay đến độ mịn 2 < d ≤ 3 mm
2. Trích ly
+ Cho nguyên liệu đã xay mịn và dung môi EtOH 95% vào thiết bị trích ly với tỷ lệ NL/DM là 1/12 (m/v)
+ Gia nhiệt đến 60oC; khuấy với tốc độ 50 vòng/phút; áp suất dư 0,3 at + Trích ly trong thời gian 5 giờ
+ Lọc lấy dịch trích ly
+ Phần bã được trích ly tiếp 1 lần với tỷ lệ NL/DM là 1/8 (m/v) với các điều kiện trích ly như trên
+ Dịch trích ly 2 lần được gộp lại để cô đuổi dung môi
3. Cô đuổi dung môi
Dịch trích ly được cô đuổi dung môi trên thiết bị bốc hơi màng mỏng ở áp suất chân không 700 mbar; áp suất hơi 1,2 at; nhiệt độ kết thúc 70oC. Sau đó, tiếp tục cô đặc trên thiết bị cô quay chân không Buchi R-220 đến trọng lượng không đổi, thu được cao chiết flavonoid. Áp suất chân không 200 mbar, nhiệt độ 50oC.
4. Tinh chế cao chiết flavonoid
+ Cao chiết flavonoid được tách bằng cột inox có kích thước 80xØ15 cm, chất nhồi cột nhựa hấp phụ Amberlite XAD-2 của Sigma-Aldric Cọ
+ Cho nguyên liệu vào cột với tỷ lệ nguyên liệu /gel là 1/30 (m/m) + Rửa giải bằng hệ dung môi là H2O và EtOH
+ Rửa H2O với tỷ lệ H2O /flavonoid thô là 30/1(v/v) để loại bỏ đường và axit + Tiếp theo rửa EtOH với tỷ lệ EtOH /flavonoid thô 50/1 (v/v) để thu nhận các
chất flavonoid, tốc độ rửa giải là 50 ml/phút
+ Đun nóng dịch chứa flavonoid đến nhiệt độ 80oC, kết tinh flavonoid bằng H2O lạnh với tỷ lệ H2O/ dung dịch flavonoid trong EtOH là 1/1 (m/v), làm lạnh đến 10oC trong 24 giờ
+ Lọc kết tinh bằng phễu lọc chân không, rửa kết tủa bằng EtOH 95% lạnh. + Sấy ở nhiệt độ 50-60 oC trong thời gian 1 giờ thu được sản phẩm flavonoid
tinh sạch có màu vàng, độ ẩm nhỏ hơn 8%; thành phần chính là quercetin có độ tinh khiết 86,48%.
+ Nâng cao độ tinh sạch của sản phẩm lên 95%, dùng thiết bị phân tách bằng cột đồng bộ với điều kiện tách: cột ODS-C18 kích thước 250xØ20 mm, dung môi MeOH:H2O (20:80, v/v), vận tốc dòng chảy 10ml/phút, UV= 280nm.
Sau khi có được quy trình công nghệ, chúng tôi tiến hành sản xuất thử nghiệm nhằm thu nhận sản phẩm flavonoid từ vỏ hành. Quá trình sản xuất được thực hiện với nguyên liệu vỏ hành có hàm lượng flavonoid tổng 2,5% so với trọng lượng chất khô, được sấy khô đến độ ẩm 8% và được xem là nguyên liệu đầu vàọ Ngoài 2 mẻ nhỏ (30kg nguyên liệu/mẻ), chúng tôi tiến hành sản xuất thử nghiệm thêm 7 mẻ lớn, mỗi mẻ 100kg nguyên liệụ Kết quả sản xuất thử nghiệm thu được trình bày tại bảng 3.41.
Bảng 3.41. Kết quả sản xuất thử nghiệm flavonoid từ vỏ hành
Cao chiết Flavonoid thô Flavonoid tinh sạch Mẻ
SXTN
Khối lượng
NL, kg lượKhng, kg ối khiĐộế tinh t, % lượKhng, kg ối khiĐộế tinh t, % lượKhng, kg ối khiĐộế tinh t, %
1 30 3,024 19,05 1,489 37,81 0,581 85,67 2 30 3,030 19,10 1,496 37,92 0,588 85,73 3 100 10,134 19,09 5,018 37,98 1,973 85,96 4 100 10,125 19,11 5,011 38,04 1,980 86,07 5 100 10,118 19,14 5,007 38,09 1,971 86,12 6 100 10,121 19,12 5,013 38,06 1,982 86,04 7 100 10,116 19,13 5,016 38,10 1,979 86,08 8 100 10,129 19,11 5,024 38,02 1,977 86,03 9 100 10,137 19,17 5,022 38,13 1,986 86,10 Tổng 760 76,934 19,11 26,544 38,02 15,017 85,97
Từ kết quả sản xuất thử nghiệm cho thấy: từ 760 kg nguyên liệu vỏ hành khô (độ ẩm 8%), chúng tôi nhận được 15,017 kg sản phẩm flavonoid với độ tinh khiết đạt 85,97%, hiệu suất thu nhận đạt 2,14% so với khối lượng khô của nguyên liệụ Như vậy, kết quả của sản phẩm thử nghiệm gần tương đương với kết quả thu được ở quy mô phòng thí nghiệm. Sản phẩm các chất flavonoid từ vỏ hành của đề tài có hàm lượng quercetin tương đương với sản phẩm của Trung Quốc bán trên thị trường Quốc tế.
3.4.2. Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ quy mô thực nghiệm và sản xuất thử nghiệm chiết tách các hợp chất flavonoid từ vỏ quả citrus sản xuất thử nghiệm chiết tách các hợp chất flavonoid từ vỏ quả citrus
Việc sản xuất thử nghiệm chiết tách các hợp chất flavonoid từ vỏ quả citrus được thực hiện trên dây chuyền thiết bị chiết tách các hoạt chất sinh học tự nhiên từ thực vật công suất 100 kg nguyên liệu khô/mẻ. Giống như phần sản xuất thử nghiệm từ vỏ hành, cơ sở cho việc tiến hành sản xuất thử nghiệm là quy trình công nghệ sản xuất các chất flavonoid từ vỏ quả citrus đã được xác lập tại phòng thí nghiệm (sơ đồ 3.2, trang 84, 85). Trước khi tiến hành sản xuất thử nghiệm chúng tôi cũng thực hiện khảo sát hai mẻ nhỏ (30kg nguyên liệu/mẻ) để hoàn thiện quy trình công nghệ cho phù hợp với sản xuất ở quy mô thực nghiệm. Qua đó, chúng tôi nhận thấy, về cơ bản, các thông số kỹ thuật trong quy trình công nghệ sản xuất các chất flavonoid từ vỏ quả citrus đã được xác lập tại phòng thí nghiệm phù hợp cho sản xuất thử nghiệm ở quy mô pilot trừ một thông số kỹ thuật cần điều chỉnh cho phù hợp là: Tốc độ khuấy trong công đoạn trích ly: 50 vòng/phút và công đoạn cô đặc sản phẩm: trong phòng thí nghiệm chúng tôi chỉ sử dụng thiết bị cô quay chân không nhưng ở quy mô pilot: đầu tiên sản phẩm được cô đặc trên thiết bị bốc hơi màng mỏng ở áp suất chân không 600 mbar; áp suất hơi (gia nhiệt): 1,2 at; nhiệt độ đỉnh kết thúc 70oC, sau đó, tiếp tục cô đặc trên thiết bị cô quay chân không Buchi R-220 đến trọng lượng không đổi ở áp suất chân không 180 mbar, nhiệt độ 50oC. Từ các kết quả thu được chúng tôi đưa ra quy trình công nghệ sản xuất các chất flavonoid từ vỏ quả citrus ở quy mô thực nghiệm, được trình bày tại sơ đồ 3.5.
Vỏ quả citrus (cam, bưởi) Bã vỏ citrus Sản phẩm Flavonoid tinh sạch Xử lý nguyên liệu Sấy khô to=60oC (W = 8 %) Xay ( 2 < d 3 mm) Trích ly
- Dung môi EtOH 80% - Số lần TL: 2 lần (1/7;1/5) - Tốc độ khuấy: 50 v/ph - Tỷ lệ NL/DM: 1/12 - Thời gian: 4 giờ/ lần - Nhiệt độ TL: 70oC Dịch trích ly EtOH 80%
- Cô đặc trên thiết bị bốc hơi màng mỏng
Áp suất chân không: 600mbar
Áp suất hơi: 1,2 at; Nhiệt độ kết thúc: 70oC - Cô đặc trên thiết bị cô quay BuchiR-220
Áp suất chân không: 180 mbar; nhiệt độ 50oC
Loại kết tủa
pH 4-5, HCl Dịch lọc
Kết tinh Flavonoid Hiệu chỉnh pH 9–11, CăOH) 2
Cao chiết Flavonoid
n-Hexan
Tách các tạp chất hữu cơ
Loại lớpn-hexane Lớp H2O
Thu hồin-hexane
Sơđồ 3.5. Sơđồ quy trình công nghệ sản xuất các hợp chất flavonoid từ vỏ quả citrus ở quy mô thực nghiệm
Thuyết minh quy trình 1.Xử lý nguyên liệu
+Vỏ quả citrus (cam hoặc bưởi) loại bỏ tạp chất, ngâm Na2S2O3 0,5% trong thời gian 5–10 phút, rửa sạch, ly tâm vắt với tốc độ ly tâm 5000v/phút
+ Sấy khô ở nhiệt độ 60oC đến khi đạt độ ẩm 8–10% (đo bằng máy xác định độ ẩm nhanh)
+Nguyên liệu sau khi sấy được xay đến độ mịn 2 < d ≤ 3 mm
2.Trích ly
+ Cho nguyên liệu đã xay mịn và dung môi EtOH 80% vào thiết bị trích ly với tỷ lệ NL/DM là 1/7 (m/v)
+ Gia nhiệt đến 70oC; khuấy với tốc độ 50 vòng/phút; áp suất dư 0,3 at + Trích ly trong thời gian 4 giờ, rồi lọc lấy dịch trích ly
+ Phần bã được trích ly tiếp 1 lần với tỷ lệ NL/DM là 1/5 (m/v) với các điều kiện trích ly như trên
+ Dịch trích ly 2 lần được gộp lại để cô đuổi dung môi
3.Cô đuổi dung môi
+ Dịch trích ly được cô đuổi dung môi trên thiết bị bốc hơi màng mỏng ở áp suất chân không 600 mbar; áp suất hơi 1,2 at; nhiệt độ kết thúc 70oC
+ Cô đặc trên thiết bị cô quay chân không Buchi R-220 đến trọng lượng không đổi, thu được cao chiết flavonoid: áp suất chân không 180 mbar, nhiệt độ 50oC.
4.Tinh chế cao chiết flavonoid
+ Cao chiết flavonoid được hòa vào H2O hiệu chỉnh đến môi trường kiềm pH=11 (với nguyên liệu vỏ cam) và pH=9 (với nguyên liệu vỏ bưởi) bằng dung dịch CăOH)2. Tỷ lệ NL/DM là 1/5 (m/v). Lọc loại bỏ kết tủa, thu được dung dịch kiềm chứa flavonoid.
+ Cho dung dịch trên và CH2Cl2 vào thùng phân ly với tỷ lệ là 1/1, khuấy 100 vòng/phút trong 1 giờ, phân ly trong thời gian 2 giờ, loại phần tan trong CH2Cl2 (lớp dưới) để loại bỏ các hợp chất kém phân cực.
+ Hiệu chỉnh dung dịch kiềm (lớp trên) đến pH= 4÷4,5 bằng HCl đậm đặc, khuấy 100 vòng/phút ở nhiệt độ 50-55oC trong thời gian 1h, kết tinh flavonoid, để lắng kết tinh trong 24h. Lọc tách flavonoid kết tinh.
+ Rửa kết tinh 2 lần bằng hệ dung môi EtOAc/H2O (1/1, v/v); tỷ lệ DM/ flavonoid là 3/1 (v/v) trong phễu phân ly, lọc loại bỏ lớp nước.
+ Lớp EtOAc được cô đuổi dung môi trên thiết bị cô quay chân không Buchi R-220 với áp suất 240 mbar, nhiệt độ 50oC đến hết EtOAc, thêm ít nước vào và đuổi kiệt EtOAc.
+ Sấy đông khô ở nhiệt độ -55oC trong thời gian 24 giờ, áp suất 0,5-1 mmHg sẽ nhận được sản phẩm flavonoid tinh sạch màu nâu nhạt độ ẩm ≤8%.
+ Nâng cao độ tinh sạch của sản phẩm lên 95%, dùng thiết bị phân tách bằng cột đồng bộ với điều kiện tách: cột ODS-C18 kích thước 250xØ20 mm, dung môi MeOH:H2O (30:70, v/v), vận tốc dòng chảy 10ml/phút, UV= 280nm.
Sau khi có được quy trình công nghệ, chúng tôi tiến hành sản xuất thử nghiệm nhằm thu nhận sản phẩm flavonoid từ vỏ quả citrus. Quá trình sản xuất được thực hiện với nguyên liệu vỏ quả cam có hàm lượng flavonoid tổng 4,75% so với trọng lượng chất khô, vỏ bưởi là 4,06%, được sấy khô đến độ ẩm 8% và được xem là nguyên liệu đầu vàọ Ngoài 2 mẻ nhỏ (30kg nguyên liệu đối với mỗi loại nguyên liệu), chúng tôi tiến hành SXTN thêm 3 mẻ lớn, mỗi mẻ 60kg nguyên liệu cho mỗi loại nguyên liệụ Kết quả SXTN thu được trình bày tại bảng 3.42.
Bảng 3. 42. Kết quả sản xuất thử nghiệm flavonoid từ vỏ quả citrus
Cao chiết Flavonoid tinh sạch Loại nguyên liệu Mẻ SXTN Khối lượng NL, kg Khối lượng, kg Độ tinh khiết, % Khối lượng, kg Độ tinh khiết, % 1 30 4,634 25,78 1,223 81,89 2 60 9,288 25,96 2,466 81,97 3 60 9,293 26,01 2,475 82,06 4 60 9,297 26,05 2,481 82,11 Vỏ cam Tổng 210 32,512 25,96 8,645 82,01 1 30 4,043 24,84 1,070 81,30 2 60 8,100 25,07 2,054 81,42 3 60 8,112 25,12 2,063 81,53 4 60 8,107 25,09 2,065 81,47 Vỏ bưởi Tổng 210 28,36 25,03 7,242 81,43
Từ kết quả SXTN cho thấy: từ 210 kg nguyên liệu vỏ cam khô (độ ẩm 8%), chúng tôi nhận được 8,645kg sản phẩm flavonoid với độ tinh khiết đạt 82,01%, hiệu suất thu nhận đạt 4,11% so với khối lượng khô của nguyên liệụ Từ 210 kg nguyên liệu vỏ bưởi khô (độ ẩm 8%), chúng tôi nhận được 7,242kg sản phẩm flavonoid với độ tinh khiết đạt 81,43%, hiệu suất thu nhận đạt 3,44% so với khối lượng khô của nguyên liệụ Như vậy, kết quả của sản phẩm thử nghiệm gần tương đồng với kết quả thu được ở quy mô phòng thí nghiệm. Sản phẩm các chất flavonoid từ vỏ citrus của đề tài có hàm lượng narigin và hesperidin tương đương với sản phẩm của Trung Quốc bán trên thị trường Quốc tế.
3.4.3. Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ quy mô thực nghiệm và sản xuất thử nghiệm chiết tách các hợp chất flavonoid từ phế thải chè sản xuất thử nghiệm chiết tách các hợp chất flavonoid từ phế thải chè
Việc sản xuất thử nghiệm chiết tách các hợp chất flavonoid từ phế thải chè được thực hiện trên dây chuyền thiết bị chiết tách các hoạt chất sinh học tự nhiên từ thực vật công suất 100 kg nguyên liệu khô/mẻ. Giống như phần sản xuất thử nghiệm từ vỏ hành và từ vỏ quả citrus, cơ sở cho việc tiến hành sản xuất thử nghiệm là quy trình công nghệ sản xuất các chất flavonoid từ phế thải chè đã được xác lập tại phòng thí nghiệm (sơ đồ 3.3, trang 100, 101). Trước khi tiến hành sản xuất thử nghiệm chúng tôi cũng thực hiện khảo sát hai mẻ nhỏ (15kg nguyên liệu/ mẻ) để hoàn thiện quy trình công nghệ cho phù hợp với sản xuất ở quy mô thực nghiệm. Qua đó, chúng tôi nhận thấy, nhìn chung, các thông số kỹ thuật trong quy trình công nghệ sản xuất các chất flavonoid từ phế thải chè đã được xác lập tại phòng thí nghiệm phù hợp cho sản xuất thử nghiệm ở quy mô pilot trừ một thông số kỹ thuật cần điều chỉnh cho thích hợp là: Tốc độ khuấy trong công đoạn trích ly: 50 vòng/phút và công đoạn cô đặc sản phẩm: trong phòng thí nghiệm chúng tôi chỉ sử dụng thiết bị cô quay chân không nhưng ở quy mô pilot: đầu tiên sản phẩm được cô đặc trên thiết bị bốc hơi màng mỏng ở áp suất chân không 550 mbar; áp suất hơi (gia nhiệt): 1,2 at; nhiệt độ kết