Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan trong dung dịch gồm 2 hai nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng - rắn hay lỏng - lỏng có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao. Mục đích của phương pháp là tách
một phần dung môi ra khỏi dịch trích ly. Tùy theo tính chất của dung môi (hay không bay hơi trong quá trình đó), ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hoặc phương pháp làm lạnh kết tinh. Quá trình cô đặc gồm các phương pháp sau:
Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): Nhiệt độ sôi và áp suất không đổi, thường được dùng trong cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, nhằm đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc ngắn nhất.
Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi thấp ở áp suất chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn và sự bay hơi dung môi diễn ra liên tục.
Cô đặc nhiều nồi: Số nồi không nên quá lớn vì nó làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Người ta có thể cô chân không, cô áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế.
Cô đặc liên tục: Tuỳ theo điều kiện kỹ thuật và tính chất của dung dịch ta có thể áp dụng chếđộ cô đặc ở áp suất chân không, áp suất thường hoặc áp suất dư.
2.5.2. Sấy thu nhận sản phẩm [2]
Phương pháp sấy chân không: Phương pháp sấy chân không được áp dụng để sấy các loại vật liệu có chứa nhiều hàm lượng tinh dầu, hương hoa, dược phẩm, các nông sản thực phẩm có yêu cầu nhiệt độ sấy thấp nhằm giữ nguyên chất lượng và màu sắc, không gây phá hủy, biến tính các chất.
Sấy đối lưu: Phương pháp dùng khá phổ biến trong sản xuất, sử dụng tác nhân sấy là khí nóng, vừa làm nhiệm vụ truyền nhiệt vừa lấy ẩm ra khỏi vật liệu. Tác nhân sây có nhiều dạng khác nhau, tùy thuộc vào kiểu máy sấy.
Sấy tiếp xúc: Thiết bị sấy là một hệ thống chuyên dùng. Nguyên liệu sấy được nhân nhiệt trực tiếp từ bằng vật dẫn nhiệt hoặc từ một bề mặt nóng hoặc từ môi trường chất nóng. Người ta chia hệ thống tiếp xúc thành 2 loại: Tiếp xúc trong chất lỏng và tiếp xúc bề mặt. Nguyên tắc cơ bản của thiết bị sấy tiếp xúc là quá trình gia nhiệt, vật liệu sấy tiếp xúc trực tiếp với bề mặt gia nhiệt.
Sấy bức xạ: Phương pháp sấy dùng tia bức xạ chiếu vào đối tượng cần làm khô. Nguồn nhiệt bức xạ thường dùng đèn hồng ngoại, điện trở, chất lỏng hay khí, tấm được đốt nóng ở nhiệt độ nhất định, để vật nóng phát ra tia hồng ngoại.
Sấy thăng hoa: Quá trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy trực tiếp từ trạng thái rắn sang trạng thái rắn sang trạng thái hơi nhờ quá trình sấy thăng hoa. Để tạo điều kiện sấy thăng hoa, vật liệu sấy phải được làm lạnh dưới điểm ba thể (lỏng, rắn, khí).
Phương pháp sấy phun: Sấy phun được sử dụng để sấy khô các chất cô của dung dịch canh trường, các chất kháng sinh động vật, các acid amin, các enzyme, các chất trích ly thu nhận được trên các môi trường dinh dưỡng rắn, các dung dịch chất lắng thu nhận được khi làm lắng enzyme bằng các dung môi vô cơ hay bằng các muối trung hoà, cũng như các phần cô chất lỏng canh trường.
Phần 3
ĐỐI TƯỢNG - NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tượng, vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Rong Mơ (Sargassum muticum) được thu mua tại Nha Trang - Khánh Hòa. Nguyên liệu đã được sấy khô ởđộẩm 16%
3.1.2. Vật liệu nghiên cứu
3.1.2.1. Hóa chất
- Ethanol 96%, acetone, methanol, nước cất.
3.1.2.2. Thiết bị và dụng cụ
- Cân kỹ thuật (Cent - 0 - Gram Balance, OHAUS, Mỹ)
- Máy sắc ký lỏng hiệu năng cao - HPLC (Shimazhu - Nhật Bản) - Cân phân tích (Precisa XT 320M, Thụy Sỹ)
- Tủ lạnh (Samsung SR - 15NFBA, Nhật Bản) - Máy sấy (Grot DZ 47- 63, Trung Quốc) - Thiết bị Soxhlet (TC 15, Trung Quốc)
- Giấy lọc, phễu lọc, cốc đong, bình tam giác các loại, bình định mức, đũa thủy tinh, pipet các loại, nhiệt kế…
3.1.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
- Địa điểm: Phòng thí nghiệm Bộ môn Nghiên cứu phụ phẩm và Môi trường nông nghiệp - Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, 126 phố Trung Kính - Trung Hòa - Cầu Giấy - Hà Nội.
- Thời gian: Từ tháng 12/2013 - 5/2014
3.2. Nội dung nghiên cứu
3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hiệu quả trích ly fucoxanthin fucoxanthin
3.2.2. Nghiên cứu được ảnh hưởng của loại dung môi, nồng độ dung môi, tỷ lệ nguyên liệu so với dung môi đến hiệu quả trích ly fucoxanthin nguyên liệu so với dung môi đến hiệu quả trích ly fucoxanthin
- Ảnh hưởng của nồng độ dung môi đến hiệu quả trích ly fucoxanthin
- Ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu so vơi dung môi đến hiệu quả trích ly fucoxanthin.
3.2.3. Nghiên cứu xác định được ảnh hưởng của phương pháp, nhiệt độ, thời gian và số lần trích ly đến hiệu quả trích ly fucoxanthin
- Ảnh hưởng của phương pháp trích ly đến hiệu quả trích ly fucoxanthin - Ảnh hưởng của nhiệt độđến hiệu quả trích ly fucoxanthin
- Ảnh hưởng thời gian trích ly đến hiệu quả trích ly fucoxanthin - Ảnh hưởng của số lần trích ly đến hiệu quả trích ly fucoxanthin
3.2.4. Lọc, cô dịch trích ly và thu nhận chế phẩm fucoxanthin 3.2.5. Xây dựng quy trình trích ly fucoxanthin từ rong Mơ 3.2.5. Xây dựng quy trình trích ly fucoxanthin từ rong Mơ
3.3. Phương pháp nghiên cứu
3.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm
3.3.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hiệu quả trích ly fucoxanthin
Kích thước của nguyên liệu có ảnh hưởng lớn đến khả năng trích ly fucoxanthin, nếu kích thước nguyên liệu lớn thì dung môi khó tiếp xúc với nguyên liệu do đó hiệu quả trích ly thấp. Nhưng nếu nguyên liệu được nghiền quá mịn sẽ gây cản trở quá trình lọc. Trong thí nghiệm này, chúng tôi khảo sát ở các kích thước nguyên liệu theo các công thức sau:
Công thức CT1 CT2 CT3 CT4
Kích thước (mm) 2,5 < d ≤ 3,5 1,5 < d ≤ 2,5 0,5 < d ≤ 1,5 d ≤ 0,5 Rong Mơ muticum được đem trích ly ở cùng điều kiện. Ban đầu chúng tôi cố định các điều kiện để nghiên cứu:
+ Khối lượng mẫu: 10g
+ Dung môi trích ly: Ethanol 85%
+ Tỷ lệ nguyên liệu so với dung môi: 1/5 + Phương pháp trích ly: Soxhlet
+ Nhiệt độ trích ly: 80°C + Thời gian trích ly: 2 giờ
Dịch trích ly thu được đem lọc qua giấy lọc, lấy mẫu đi đo mật độ OD ở bước sóng 470 nm, 580 nm, 628 nm, 664 nm để xác định hàm lượng fucoxanthin. Mỗi công thức lặp lại 3 lần. Thí nghiệm xác định được kích thước nguyên liệu phù hợp nhất cho quá trình trích ly fucoxanthin và làm cơ sở cho các thí nghiệm tiếp theo.
3.3.1.2. Nghiên cứu được ảnh hưởng của loại dung môi, nồng độ dung môi, tỷ lệ
nguyên liệu so với dung môi đến hiệu quả trích ly fucoxanthin
a. Ảnh hưởng của loại dung môi đến hiệu quả trích ly fucoxanthin
Việc lựa chọn dung môi thích hợp là hết sức quan trọng. Dựa trên tính chất vật lý (độ nhớt, sức căng bề mặt, độ phân cực) và đặc tính hòa tan chọn lọc của dung môi đối với hoạt chất để lựa chọn dung môi. Trong thí nghiệm này, chúng tôi tiến hành thí nghiệm khảo sát với các loại dung môi khác nhau nhưng cùng nồng độ.
CT thí nghiệm CT5 CT6 CT7
Loại dung môi Methanol Ethanol Acetone
Rong Mơ muticum được đem trích ly ở cùng điều kiện. Ban đầu chúng tôi cố định các điều kiện để nghiên cứu:
+ Khối lượng mẫu: 10g
+ Độ mịn nguyên liệu: Theo mục 3.3.1.1 + Nồng độ dung môi: 85%
+ Tỷ lệ nguyên liệu so với dung môi: 1/5 + Phương pháp trích ly: Soxhlet
+ Nhiệt độ trích ly: 80°C + Thời gian trích ly: 2 giờ
Dịch trích ly thu được đem lọc qua giấy lọc, lấy mẫu đi đo mật độ OD ở bước sóng 470 nm, 580 nm, 628 nm, 664 nm để xác định hàm lượng fucoxanthin. Mỗi công thức lặp lại 3 lần. Thí nghiệm xác định được dung môi phù hợp nhất cho quá trình trích ly fucoxanthin và làm cơ sở cho các thí nghiệm tiếp theo.
b. Ảnh hưởng của nồng độ dung môi đến hiệu quả trích ly fucoxanthin
Nồng độ dung môi có ảnh hưởng lớn tới hiệu qua trích ly fucoxanthin. Trong thí ngiệm này chúng tôi khảo sát dung môi ở các nồng độ sau:
Công thức CT8 CT9 CT10 CT11
Nồng độ ethanol (%) 65 75 85 96
Rong Mơ muticum được đem trích ly ở cùng điều kiện. Ban đầu chúng tôi cố định các điều kiện để nghiên cứu:
+ Khối lượng mẫu: 10g
+ Độ mịn nguyên liệu: Theo mục 3.3.1.1 + Loại dung môi: Theo mục 3.3.1.2.a + Tỷ lệ nguyên liệu so với dung môi: 1/5 + Phương pháp trích ly: Soxhlet
+ Nhiệt độ trích ly: 80°C + Thời gian trích ly: 2 giờ
Dịch trích ly thu được đem lọc qua giấy lọc, lấy mẫu đi đo mật độ OD ở bước sóng 470 nm, 580 nm, 628 nm, 664 nm để xác định hàm lượng fucoxanthin. Mỗi công thức lặp lại 3 lần. Thí nghiệm xác định được nồng độ dung môi phù hợp nhất cho quá trình trích ly fucoxanthin và làm cơ sở cho các thí nghiệm tiếp theo.
c. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu so với dung môi đến hiệu quả trích ly fucoxanthin
Tỷ lệ nguyên liệu so với dung môi ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả trích ly fucoxanthin. Nếu lượng dung môi quá ít so với nguyên liệu thì dung môi không thẩm thấm hết vào trong nguyên liệu nên hiệu quả trích ly fucoxanthin thấp. Ngược lại nếu tăng lượng dung môi so với nguyên liệu thì hiệu quả trích ly fucoxanthin tăng. Chúng tôi tiến hành thí nghiệm với các tỷ lệ nguyên liệu so với dung môi với các công thức dưới sau:
CT thí nghiệm CT12 CT13 CT14 CT15
Tỷ lệ 1/3 1/5 1/7 1/9
Rong Mơ muticum được đem trích ly ở cùng điều kiện. Ban đầu chúng tôi cố định các điều kiện để nghiên cứu:
+ Khối lượng mẫu: 10g
+ Loại dung môi: Theo mục 3.3.1.2 a + Nồng độ dung môi: Theo mục 3.3.1.2.b + Tỷ lệ nguyên liệu so với dung môi: 1/5 + Nhiệt độ trích ly: 80°C
+ Thời gian trích ly: 2 giờ
+ Phương pháp trích ly: Soxhlet
Dịch trích ly thu được đem lọc qua giấy lọc, lấy mẫu đi đo mật độ OD ở bước sóng 470 nm, 580 nm, 628 nm, 664 nm để xác định hàm lượng fucoxanthin. Mỗi công thức lặp lại 3 lần. Thí nghiệm xác định được tỷ lệ nguyên liệu/dung môi phù hợp nhất cho quá trình trích ly fucoxanthin và làm cơ sở cho các thí nghiệm tiếp theo.
3.3.1.3. Nghiên cứu xác định được ảnh hưởng của phương pháp, nhiệt độ, thời gian và số lần trích ly đến hiệu quả trích ly fucoxanthin
a. Ảnh hưởng của phương pháp trích ly đến hiệu quả trích ly fucoxanthin
Phương pháp trích ly ảnh hưởng rất lớn đến khả năng trích ly fucoxanthin từ rong Mơ muticum. Nếu chọn được một phương pháp thích hợp thì sẽ tách triệt lượng fucoxanthin có trong nguyên liệu. Trong thí nghiệm này, chúng tôi tiến hành trích ly bằng các phương pháp sau:
Công thức CT16 CT17
Phương pháp trích ly Cách thủy Soxhlet
Rong Mơ muticum được đem trích ly ở cùng điều kiện. Ban đầu chúng tôi cố định các điều kiện để nghiên cứu:
+ Khối lượng mẫu: 10g
+ Độ mịn nguyên liệu: Theo mục 3.3.1.1 + Loại dung môi: Theo mục 3.3.1.2.a + Nồng độ dung môi: Theo mục 3.3.1.2.b
+ Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi: Theo mục 3.3.1.2.c + Phương pháp trích ly: Theo mục 3.3.1.3.a
+ Nhiệt độ trích ly: 80°C + Thời gian trích ly: 2 giờ
Dịch trích ly thu được đem lọc qua giấy lọc, lấy mẫu đi đo mật độ OD ở bước sóng 470 nm, 580 nm, 628 nm, 664 nm để xác định hàm lượng fucoxanthin. Mỗi công thức lặp lại 3 lần. Thí nghiệm xác định được phương pháp phù hợp nhất cho quá trình trích ly fucoxanthin và làm cơ sở cho các thí nghiệm tiếp theo.
b. Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến hiệu quả trích ly fucoxanthin
Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn tới quá trình trích ly. Do đó, cần xác định nhiệt độ tối ưu cho quá trình trích ly fucoxanthin. Chúng tôi tiến hành thí nghiệm ở các mức nhiệt độ sau:
CT thí nghiệm CT18 CT19 CT20 CT21
Nhiệt độ (°C) 60 70 80 90
Rong Mơ muticum được đem trích ly ở cùng điều kiện. Ban đầu chúng tôi cố định các điều kiện để nghiên cứu:
+ Khối lượng mẫu: 10g
+ Độ mịn nguyên liệu: Theo mục 3.3.1.1 + Loại dung môi: Theo mục 3.3.1.2.a + Nồng độ dung môi: Theo mục 3.3.1.2.b
+ Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi: Theo mục 3.3.1.2.c + Phương pháp trích ly: Theo mục 3.3.1.3.a
+ Nhiệt độ trích ly: Theo mục 3.3.1.3.b + Thời gian trích ly: 2 giờ
Dịch trích ly thu được đem lọc qua giấy lọc, lấy mẫu đi đo mật độ OD ở bước sóng 470 nm, 580 nm, 628 nm, 664 nm để xác định hàm lượng fucoxanthin. Mỗi công thức lặp lại 3 lần. Thí nghiệm xác định được nhiệt độ phù hợp nhất cho quá trình trích ly fucoxanthin và làm cơ sở cho các thí nghiệm tiếp theo.
c. Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu quả trích ly fucoxanthin
Thời gian ảnh hưởng lớn tới hiệu quả trích ly các hoạt chất sinh học. Khi tăng thời gian trich sly thì hiệu quả trích ly tăng. Đến một thời điểm nào đó sự khuếch tán fucoxanthin trong nguyên liệu ra ngoài môi trường ở thế cân bằng. Nếu kéo dài của thời gian trích ly sẽ không làm tăng hiệu quả trích ly fucoxanthin mà
còn tốn thời gian. Vì vậy, trong thí nghiệm này chúng tôi tiến hành khảo sát thời gian trích ly ở các công thức sau:
Công thức CT20 CT21 CT22 CT23
Thời gian (giờ) 1,5 2 2,5 3
Rong Mơ muticum được đem trích ly ở cùng điều kiện. Ban đầu chúng tôi cố định các điều kiện để nghiên cứu:
+ Khối lượng mẫu: 10g
+ Độ mịn nguyên liệu: Theo mục 3.3.1.1 + Loại dung môi: Theo mục 3.3.1.2.a + Nồng độ dung môi: Theo mục 3.3.1.2.b
+ Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi: Theo mục 3.3.1.2.c + Phương pháp trích ly: Theo mục 3.3.1.3.a
+ Nhiệt độ trích ly: Theo mục 3.3.1.3.b + Thời gian trích ly: 3.3.1.3.c
Dịch trích ly thu được đem lọc qua giấy lọc, lấy mẫu đi đo mật độ OD ở bước sóng 470 nm, 580 nm, 628 nm, 664 nm để xác định hàm lượng fucoxanthin. Mỗi công thức lặp lại 3 lần. Thí nghiệm xác định được thời gian phù hợp nhất cho quá trình trích ly fucoxanthin và làm cơ sở cho các thí nghiệm tiếp theo.
d. Ảnh hưởng của số lần trích ly đến hiệu quả trích ly fucoxanthin
Để trích ly các hợp chất hòa tan một cách triệt để chúng tôi tiến hành trích ly với số lần trích lần trích ly theo công thức sau:
Công thức CT24 CT25 CT26
Số lần trích ly 2 3 4
Rong Mơ muticum được đem trích ly ở cùng điều kiện. Ban đầu chúng tôi cố định các điều kiện để nghiên cứu:
+ Khối lượng mẫu: 10g
+ Độ mịn nguyên liệu: Theo mục 3.3.1.1 + Loại dung môi: Theo mục 3.3.1.2.a
+ Nồng độ dung môi: Theo mục 3.3.1.2.b
+ Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi: Theo mục 3.3.1.2.c + Phương pháp trích ly: Theo mục 3.3.1.3.a
+ Nhiệt độ trích ly: Theo mục 3.3.1.3.b + Thời gian trích ly: Theo mục 3.3.1.3.c
Dịch trích ly thu được đem lọc qua giấy lọc, lấy mẫu đi đo mật độ OD ở bước sóng 470 nm, 580 nm, 628 nm, 664 nm để xác định hàm lượng fucoxanthin. Mỗi công thức lặp lại 3 lần. Thí nghiệm xác định được số lần trích ly phù hợp nhất cho quá trình trích ly fucoxanthin và làm cơ sở cho các thí nghiệm tiếp theo.