Nghiên cứu sản xuất tinh nghệ bằng phương pháp kiềm hóa

1. Tính cấp thiết của đề tài

Từ xa xưa nghệ đã được biết đến như một loại gia vị, một loại thuốc gia truyền chữa rất nhiều bệnh, chữa liền sẹo. Các kết quả nghiên cứu trong nước và trên thế giới đã chỉ ra rằng trong củ nghệ có các thành phần curcumin, tinh dầu và tinh bột. Trong đó, curcumin là hoạt chất chính tạo nên màu vàng của củ nghệ. Curcumin có hoạt tính sinh học độc đáo như kháng nấm, kháng khuẩn, làm lành vết thương, điều trị ung thư và bệnh AIDS… Tuy nhiên, hàm lượng curcumin trong củ nghệ rất nhỏ, chỉ chiếm 0,3 – 1% về khối lượng củ nghệ. Vì vậy,mà curcumin tinh khiết được bán ra ngoài thị trường với giá rất đắt đỏ.

Với mong muốn nghiên cứu và chiết tách ra tinh bột nghệ với hàm lượng curcumin cao và giá thành hợp lý, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Tôi lựa chọn thân rễ cây nghệ vàng ở quê hương tôi (huyện Hòa Vang, TP Đà Nẵng) làm nguyên liệu, sử dụng KOH làm dung môi để chiết tách. KOH có thể tạo muối phenolat với các gốc phenol của curcumin, dễ tan trong nước và kiềm tạo điều kiện thuận lợi, tăng hiệu suất cho quá trình chiết tách. Với tất cả những lý do trên, tôi chọn đề tài cho luận văn của mình là “Nghiên cứu sản xuất tinh nghệ bằng phương pháp kiềm hóa” nhằm đưa ra quy trình sản xuất đơn giản với các điều kiện tối ưu, tạo ra được sản phẩm tinh bột nghệ hoàn hảo nhất mang đến cho thị trường và người tiêu dùng.

2. Mục tiêu nghiên cứu

– Nghiên cứu quy trình sản xuất tinh bột nghệ từ thân rễ nghệ vàng ở huyện Hòa Vang, TP Đà Nẵng.

– Xác định các điều kiện chiết tối ưu bằng dung dịch kiềm KOH và dung dịch kiềm NaOH.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng : Thân rễ nghệ vàng thu hái ở huyện Hòa Vang, TP Đà Nẵng.

Phạm vi nghiên cứu : Nghiên cứu các điều kiện về nồng độ dung dịch kiềm, tỉ lệ rắn lỏng, nhiệt độ và pH dung dịch để chiết tách tinh nghệ bằng dung dịch kiềm KOH và dung dịch kiềm NaOH.

4. Phương pháp nghiên cứu

4.1. Nghiên cứu lý thuyết

4.2. Nghiên cứu thực nghiệm

– Phương pháp lấy mẫu, thu hái và xử lý mẫu.

– Phương pháp phân tích trọng lượng để xác định các thông số hóa lý và xác định các điều kiện chiết tách tối ưu.

– Dùng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS để đánh giá khảo sát các điều kiện tối ưu.

5. Nội dung nghiên cứu

– Nghiên cứu lý thuyết tổng quan.

– Nghiên cứu thu hái nguyên liệu, xử l‎ý nguyên liệu.

– Nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết: thời gian dung môi chiết.

– Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất tinh nghệ bằng phương pháp kiềm hóa

6. Bố cục đề tài

Ngoài mở đầu, kết luận, luận văn gồm ba chương chính sau:

Chương 1: Tổng quan.

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu.

Chương 3: Kết quả và thảo luận.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGHỆ

1.2. CONG DỤNG CỦA NGHỆ

1.3. THANH PHẦN HOA HỌC

1.4. TỔNG QUAN VỀ CURCUMIN

1.5. HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CURCUMIN

1.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT

1.7. XÁC ĐỊNH ĐIỂM CHẢY

1.8. PHÂN TÍCH TRỌNG LƯỢNG

1.9. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VẬT LÝ

1.9.1. Phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

1.9.2. Phương pháp xác định phổ hồng ngoại (IR)

1.9.3. Phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

CHƯƠNG 2

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

2.1.1. Nguyên liệu chính

Thân rễ cây nghệ vàng thu nhận từ xã Hòa Nhơn, huyện Hòa Vang, TP Đà Nẵng (Hình 2.1 và 2.2).

2.1.2. Hóa chất

– NaOH tinh khiêt

– KOH tinh thể

– HCl tinh khiết

– Acetone tinh khiết

– Nước cất

2.1.3. Thiết bị và dụng cụ

Các thiết bị cần dùng cho quá trình nghiên cứu:

– Máy xay sinh tố

– Máy quay li tâm

– Máy đo phổ UV-VIS

– Máy sấy – Máy đo pH

– Cốc thủy tinh, phễu, giấy lọc, vải lọc, đũa thủy tinh, bình định mức, ống đong

– Cân phân tích ở phòng thí nghiệm.

2.2. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

2.2.1. Xử lý nguyên liệu

Thân rễ nghệ vàng sau khi thu nhận về lựa chọn những củ to, mập, tương đối đồng đều nhau, cắt bỏ những nhánh nhỏ xung quanh (hình 2.3). Sau đó đem gọt vỏ, rửa sạch, để cho ráo nước rồi thái thành những lát mỏng (hình 2.4)

2.2.2. Sơ đồ nghiên cứu.

Sơ đồ 2.1. Quy trình chiết tách tinh nghệ thô từ thân rễ cây nghệ vàng

2.2.3. Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình chiết tách tinh nghệ

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. ẢNH HƯỞNG DUNG MÔI ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT TÁCH

3.1.1. Dung dịch KOH

a. Ảnh hưởng của nồng độ KOH đến quá trình chiết

Bảng 3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung môi đến khối lượng tinh nghệ (g) và mật độ quang

Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ KOH đến khối lượng tinh nghệ

Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ KOH đến mật độ quang

Nhận xét: Từ kết quả bảng 3.1 và hình 3.12, 3.3, ta thấy rằng khi tăng nồng độ của dung môi KOH thì khối lượng tinh nghệ thu được và mật độ quang tăng lên, khối lượng tinh nghệ thu được cao nhất ở nồng độ 0.2M và mật độ quang đạt giá trị lớn nhất ở nồng độ 0.3M.

Như vậy, ta chọn nồng độ KOH tối ưu cho quá trình chiết tách là 0.2M.

b. Ảnh hưởng của nhiệt độ dung môi đến quá trình chiết tách.

Kết quả thu được trình bày ở bảng 3.2 và hình 3.3, 3.4

Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ dung môi đến khối lượng tinh nghệ (g) và mật độ quang

Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ KOH đến khối lượng tinh bột nghệ

Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ KOH đến mật độ quang

Nhận xét: Từ kết quả Bảng 3.2 và Hình 3.5, 3.6, ta thấy rằng khi tăng nhiệt độ của dung môi KOH 0.2M thì mật độ quang tăng lên, ở nhiệt độ 45⁰C thu được khối lượng tinh nghệ cao nhất và đạt giá trị mật độ quang cực đại. Tiếp tục tăng nhiệt độ lên 50⁰C thấy khối lượng tinh nghệ và mật độ quang giảm.

Như vậy, ta chọn nhiệt độ KOH 0.2M tối ưu cho quá trình chiết tách là 45⁰C.

c. Ảnh hưởng của thời gian chiết của dung môi KOH 0.2 M đến quá trình chiết tách

Kết quả thu được trình bày ở Bảng 3.3 và Hình 3.8, 3.9.

Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết đến khối lượng tinh nghệ và mật độ quang

Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ dung môi đến khối lượng tinh nghệ

Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian chiết dung môi đến mật độ quang

⮚ Nhận xét: Từ kết quả bảng 3.3. và đồ thị 3.8, 3.9, với cùng một khối lượng nguyên liệu là 100g. Khi tăng dần thời gian chiết thì khối lượng tinh nghệ thu được cũng như mật độ quang tăng lên. Nhưng ở 3h là khối lượng tinh nghệ cao nhất, còn mật độ quang cáo nhất là ở 2h. Điều này có thể là do ở 2h thì có nhiều cấu tử làm cho mật độ quang đạt cực đại nhưng tăng thêm thời gian đến 3h thì các cấu tử bị phân hủy nên mật độ quang giảm

Như vậy, thời gian chiết tối ưu để thu được khối lượng tinh nghệ lớn nhất cho quá trình là 3 giờ.

d. Ảnh hưởng của pH đến quá trình chiết tách với dung môi KOH

Kết quả thu được trình bày ở Bảng 3.4 và Hình 3.10, 3.11.

Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khối lượng tinh nghệ và mật độ quang.

Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến khối lượng tinh nghệ

Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến mật độ quang

Nhận xét: Từ kết quả bảng 3.4. và đồ thị 3.10, 3.11, ta thấy rằng tại pH = 6 mật độ quang và khối lượng tinh nghệ thu được đạt giá trị cao nhất do curcumin bền trong môi trường acid. Tiếp tục gtăng pH thì mật độ quang giảm xuống.

Như vậy, ta chọn pH tối ưu cho quá trình chiết tách là 6.

3.1.2. Dung môi NaOH

a. Ảnh hưởng nồng độ NaOH đến quá trình chiết

Kết quả thu được trình bày ở Bảng 3.5 và Hình 3.13, 3.14

Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NaOH đến khối lượng tinh nghệ và mật độ quang

Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nộng độ NaOH đến khối lượng tinh nghệ

27.453

Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến mật độ quang

Nhận xét: Từ kết quả bảng 3.6 và hình 3.16, 3.17, ta thấy rằng khi tăng nhiệt độ của dung môi NaOH 0.2M thì mật độ quang tăng lên, tiếp tục tăng nhiệt độ đến 45⁰C thì mật độ quang giảm xuống

Như vậy, ta chọn nhiệt độ NaOH 0.2M tối ưu cho quá trình chiết tách là 40⁰C.

b. Ảnh hưởng nhiệt độ dung môi đến quá trình chiết

Kết quả thu được trình bày ở Bảng 3.6 và Hình 3.16, 3.17.

Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ dung môi NaOH đến khối lượng tinh nghệ và mật độ quang

Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ NaOH đến khối lượng tinh nghệ

Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ NaOH đến mật độ quang

Nhận xét: Từ kết quả bảng 3.6 và hình 3.16, 3.17, ta thấy rằng khi tăng nhiệt độ của dung môi NaOH 0.2M thì mật độ quang tăng lên, tiếp tục tăng nhiệt độ đến 45⁰C thì mật độ quang giảm xuống.

Như vậy, ta chọn nhiệt độ NaOH 0.2M tối ưu cho quá trình chiết tách là 40⁰C.

c. Ảnh hưởng của thời gian chiết bằng dung môi NaOH đến quá trình chiết

Kết quả thu được trình bày ở Bảng 3.7 và Hình 3.19, 3.20.

Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết bằng dung môi NaOH đến khối lượng tinh nghệ và mật độ quang

Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đun bằng dung môi NaOH đến khối lượng tinh nghệ

Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đun bằng dung môi NaOH đến mật độ quang

Nhận xét: Từ kết quả bảng 3.6. và đồ thị 3.19, 3.20, với cùng một khối lượng nguyên liệu là 100g. Khi tăng dần thời gian chiết thì khối lượng tinh nghệ thu được cũng như mật độ quang tăng lên. Nhưng ở 2h là khối lượng tinh nghệ cao nhất cũng như mật độ quang cao nhất. Như vậy, thời gian tối ưu cho quá trình chiết tách đối với dung môi NaOH là 2h.

d. Ảnh hưởng của pH đến quá trình chiết tách với dung môi NaOH

Kết quả thu được trình bày ở Bảng 3.8 và Hình 3.21, 3.22.

Bảng 3.8. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khối lượng tinh nghệ và mật độ quang

Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến khối lượng tinh nghệ

Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến mật độ quang

Nhận xét: Từ kết quả bảng 3.8. và đồ thị 3.21, 3.22, ta thấy rằng tại pH = 5,5 mật độ quang đạt giá trị cao nhất do curcumin bền trong môi trường acid. Tiếp tục tăng pH xuống thì mật độ quang giảm xuống. Như vậy, ta chọn pH tối ưu cho quá trình chiết tách là 5,5.

3.2. QUY TRÌNH TỐI ƯU

3.2.1. Quy trình sản xuất bằng dung môi KOH:

Với những khảo sát về các điều kiện nồng độ, nhiệt độ, thời gian tôi đưa ra quy trình tối ưu để sản xuất nghệ như sau:

• Nồng độ thích hợp của dung môi KOH: 0.2M.
• Nhiệt độ thích hợp của dung môi KOH: 45⁰C.
• Thơi gian chiết tối ưu: 2h
• pH = 6

3.2.2. Quy trình sản xuất bằng dung môi NaOH:

Với những khảo sát về các điều kiện nồng độ, nhiệt độ, thời gian tôi đưa ra quy trình tối ưu để sản xuất nghệ như sau:

• Nồng độ thích hợp của dung môi NaOH: 0.2M.
• Nhiệt độ thích hợp của dung môi NaOH: 40⁰C.
• Thơi gian chiết tối ưu: 2h.
• pH = 5.5

Sau đây là những hình ảnh thu được từ thực nghiệm:

Hình 3.28. Tinh nghệ Hình 3.29. Tinh bột nghệ

KOH 0.2M NaOH 0.2M

3.3. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM

3.3.1. Đánh giá cảm quan sản phẩm :

a. Màu sắc

Phân biệt màu của hai tinh bột nghệ bằng mắt thường. Màu của tinh bột nghệ NaOH nhạt hơn bột nghệ của KOH như hình 3.28 và 3.29.

b. Mùi

Cách làm: Đưa vào mùi ngửi từng loại, rồi lấy ra, để 1 tiếng sau ngửi lại để phân biêt mùi.

Nhận xét: Mùi của hai tinh bột nghệ KOH và NaOH là như nhau, không thể phân biệt được đâu là tinh bột nghệ KOH, đâu là tinh bột nghệ NaOH.

c. Độ tan trong nước 

Cách làm: Cân 0,2g mỗi loại tinh bột nghệ, cho vào ống nghiệm, hòa tan trong 1 lượng nước như nhau rồi quan sát. Ống nghiệm tinh bột nghệ KOH có màu đậm hơn NaOH như Hình 3.30.

Hình 3.30. Dung dịch nước tinh bột nghệ KOH (bên trái); dung dịch tinh bột nghệ NaOH (bên phải)

d. Tan trong cồn 96⁰

Tiến hành thí nghiệm giống như tan trong nước, nhưng thay dung môi là cồn 96⁰, quan sát. Độ tan trong cồn của KOH nhiều hơn làm cho dung dịch có màu đậm hơn trong NaOH như Hình 3.31, Hình 3.32.

e. Thử độ pH

Hòa tan mỗi tinh bột nghệ 0.2g váo nước rồi lấy giấy quỳ cho vào, quan sát xem giấy quỳ có đổi màu không.

Cả hai giấy quỳ đều không đổi màu như Hình 3.33.

Hình 3.33. Thử pH bằng giấy quỳ tím

3.3.2. Đánh giá định lượng

Ta lấy các mẫu nghệ KOH 0.3; mẫu nghệ NaOH 0.2; mẫu nghệ nước; mẫu nghệ thị trường, mỗi mẫu lấy khoảng 5g đem đo UV-VIS và xác định hàm lượng của curcumin trong các mẫu nghệ: mẫu nghệ KOH 0.3M; mẫu nghệ NaOH 0,2M; mẫu nghệ H₂O để so sánh giữa các mẫu nghệ với nhau.

Kết quả thu được ở các hình và bảng sau. Hình quét phổ UV-VIS của các mẫu nghệ :

Hình 3.34. Phổ UV-VIS của mẫu nghệ KOH 0.3M

Hình 3.35. Phổ UV-VIS của mẫu nghệ NaOH 0.2M

Hình 3.36. Phổ UV-VIS của mẫu nghệ H2O

Hình 3.37. Phổ UV-VIS của mẫu nghệ thị trường

Bảng kết quả đo hàm lượng của các mẫu nghệ:

Bảng 3.9. Bảng kết quả đo hàm lượng của mẫu nghệ KOH 0.3M

Bảng 3.10. Bảng kết quả đo hàm lượng của mẫu nghệ NaOH 0.2M

Bảng 3.11. Bảng kết quả đo hàm lượng của mẫu nghệ H2O

• Nhận xét : Dựa vào số liệu ở các bảng trên ta thấy trong hai mẫu nghệ sử dụng dung môi kiềm có hàm lượng Curcumin cao hơn so với mẫu nghệ sử dụng dung môi là nước.
• Theo hai bảng 3.7 và bảng 3.8 thì hàm lượng curcumin trong KOH 0.3M cao hơn hàm lượng Curcumin trong mẫu nghệ NaOH 0.2 M. Điều này được giải thích là do KOH là bazơ hoạt động mạnh hơn bazơ NaOH nên sẽ chiết được nhiều phân tử cucumin hơn.

3.3.3. Đánh giá hoạt tính sinh học

Kết quả nghiên cứu độc tính cấp.

Bảng 3.12. Độc tính cấp theo đường uống của bài thuốc “Hạ áp-01” trên chuột nhắt trắng

Kết luận độc tính: Từ các kết quả thu được trên thực nghiệm, chúng tôi kết luận về độc tính cấp của mẫu nghệ KOH theo đường uống trên chuột nhắt trắng như sau:

Chưa tìm thấy LD₅₀ của bột mẫu nghệ KOH theo đường uống trên chuột nhắt trắng. Với mức liều cao nhất có thể cho chuột uống trong 24h là 15.0g bột mẫu nghệ KOH/kg thể trọng, mà không gây chết chuột nào, không có biểu hiện nào của độc tính cấp, chứng tỏ mẫu nghệ KOH có tính an toàn cao.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. KẾT LUẬN

Sau quá trình nghiên cứu quy trình sản xuất tinh bột nghệ từ thân rễ nghệ vàng ở huyện Hòa Vang – TP Đà Nẵng, tôi đã đạt được những kết quả nhất định.

– Đã xây dựng được quy trình sản xuất tinh nghệ sử dụng phương pháp kiềm hóa.

– Mẫu nghệ sản xuất bằng dung dịch kiềm đạt hàm lượng Curcumin cao hơn so với mẫu nghệ sử dụng dung môi bằng nước.

– Đã thử nghiệm độc tính cấp trên chuột trắng trưởng thành đối với mẫu nghệ dùng dung dịch KOH và kết quả cho thấy mẫu nghệ này có tính an toàn cao, có thể ứng dụng để sản xuất hàng loạt phục vụ người tiêu dùng.

– Đưa ra được một số điều kiện tối ưu cho quá trình sản xuất tinh nghệ sử dụng dung dịch KOH và dung dịch NaOH như sau:

• Dung môi KOH:
• Nồng độ thích hợp của dung môi KOH: 0.2M.
• Nhiệt độ thích hợp của dung môi KOH: 45⁰C.
• Thơi gian chiết tối ưu: 2h
• pH = 6
• Dung môi NaOH:
• Nồng độ thích hợp của dung môi NaOH: 0.2M.
• Nhiệt độ thích hợp của dung môi NaOH: 40⁰C.
• Thơi gian chiết tối ưu: 2h.
• pH = 5.5

2. KIẾN NGHỊ

– Sử dụng các phương pháp phân tích vật lý để khảo sát hàm lượng kim loại nặng trong sản phẩm tinh nghệ thô mà tôi thu được. Từ đó, nghiên cứu chiết tách tinh nghệ tinh khiết hơn đảm bảo chất lượng sản phẩm cho người tiêu dùng.

– Nghiên cứu sản xuất tinh nghệ từ thân rễ nghệ vàng bằng dung mội kiềm có tính an toàn cao nên có thể sản xuất với quy mô lớn hơn, phục vụ người tiêu dùng trong và ngoài nước.

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\HOA HUU CO\NGUYEN NGUYEN NHU Y