BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Lê Thị Hồng Toan ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH TẨY MÀU DỊCH CHIẾT CỎ NGỌT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC HÀ NỘI - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Thị Hồng Toan ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH TẨY MÀU DỊCH CHIẾT CỎ NGỌT Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS TRẦN TRUNG KIÊN HÀ NỘI - 2015 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ PHẦN MỞ ĐẦU 11 PHẦN 1: TỔNG QUAN .13 1.1 Cây cỏ Stevioside 13 1.1.1.Cây cỏ [10,11] 13 1.1.2.Chất Stevioside cỏ 18 1.1.3.Một số quy trình trích ly tinh chế dịch chiết cỏ thực 22 1.2 Quá trình hấp phụ vật liệu hấp phụ γ-Al2O3 .24 1.2.1.Quá trình hấp phụ rắn -lỏng [6] 24 1.2.2.Vật liệu hấp phụ γ -Al2O3 .27 1.3 Phương pháp nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tối ưu hóa trình công nghệ [13] 28 1.3.1.Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm tối ưu hoá 28 1.3.2.Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm công nghệ hoá học 33 PHẦN 2: THỰC NGHIỆM 37 2.1 Điều kiện nghiên cứu .37 2.1.1.Nguyên liệu 37 2.1.2.Hóa chất, chất chuẩn 37 2.1.3.Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 37 2.1.4.Phương pháp phân tích .38 Lê Thị Hồng Toan 2.2 Quy trình thí nghiệm .41 2.2.1.Chuẩn bị mẫu vật liệu hấp phụ 41 2.2.2.Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình hấp phụ .43 2.2.3.Hoàn nguyên vật liệu hấp phụ 47 2.3 Xử lý kết 47 PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .49 3.1 Thông số đặc trưng vật liệu hấp phụ γ-Al2O3 49 3.2 Sắc ký đồ đường chuẩn Stevioside chuẩn 52 3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình hấp phụ tẩy màu 53 3.3.1.Thí nghiệm khảo sát tỷ lệ Rắn - Lỏng Kết phân tích nồng độ Stevioside, độ hấp thụ quang dung dịch sau hấp phụ 53 3.3.2.Thí nghiệm khảo sát thời gian hấp phụ Kết đo độ hấp thụ quang dung dịch sau hấp phụ 58 3.3.3.Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ hấp phụ Kết phân tích nồng độ Stevioside, độ hấp thụ quang dung dịch sau hấp phụ 59 3.3.4.Thí nghiệm khảo sát tốc độ khuấy Kết đo độ hấp thụ quang dung dịch sau hấp phụ 62 3.3.5.Thí nghiệm khảo sát pH Kết phân tích nồng độ Stevioside, độ hấp thụ quang dung dịch sau hấp phụ 63 3.4 Nghiên cứu tối ưu trình hấp phụ tẩy màu .65 3.4.1.Kế hoạch thực nghiệm bậc hai mức tối ưu .65 3.4.2.Kiểm tra tính tương hợp phương trình hồi quy thực nghiệm .68 3.4.3.Kế hoạch trực giao bậc hai 69 3.4.4.Kiểm tra tính tương hợp phương trình hồi quy phi tuyến với thực nghiệm 72 3.4.5.Xác định chế độ tối ưu trình .73 Lê Thị Hồng Toan PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC .79 6.1 Tổng hợp vật liệu hấp phụ Thí nghiệm khảo sát yếu tố ảnh hưởng 79 6.1.1.Tổng hợp vật liệu hấp phụ 79 6.1.2.Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình hấp phụ .80 6.2 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm .82 Lê Thị Hồng Toan LỜI CAM ĐOAN Tác giả cam đoan rằng: Luận văn “Nghiên cứu tối ưu hóa trình tẩy màu dịch chiết cỏ ngọt” công trình nghiên cứu riêng tác giả Các số liệu luận văn sử dụng trung thực Kết nghiên cứu trình bày luận văn chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày 15 tháng 09 năm 2015 Tác giả luận văn LÊ THỊ HỒNG TOAN Lê Thị Hồng Toan LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực luận văn tốt nghiệp này, nhận giúp đỡ, động viên thầy cô, bạn bè gia đình Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành tới PGS.TS Trần Trung Kiên, người hướng dẫn nhiều trình thực luận văn Xin cảm ơn thầy cô cán phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ, Phòng thí nghi ệm Hóa phân tích, Phòng thí nghiệm Trung tâm Nghiên cứu Phát triển hợp chất thiên nhiên – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồng thời, xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô Bộ môn Quá trình Thiết bị công nghệ hóa học – Viện Kỹ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đ ỡ, góp ý để hoàn thiện luận văn Ngoài ra, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trao đổi giúp đỡ giải vướng mắc trình thực Lê Thị Hồng Toan DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Nội dung Chữ viết tắt WHO Tổ chức Y tế giới BMI Chỉ số phát triển thể FAO Tổ chức lương thực giới HPLC Sắc ký lỏng hiệu cao Hạt M Vật liệu hấp phụ γ-Al2O3 có kích thước hạt 0.15-0.5 mm Hạt L Vật liệu hấp phụ γ-Al2O3 có kích thước hạt 0.5-1.25 mm Hạt G Vật liệu hấp phụ γ-Al2O3 có kích thước hạt > 1.25 mm Mi Mẫu khảo sát sử dụng γ-Al2O3 có kích thước hạt 0.15-0.5 mm Li Mẫu khảo sát sử dụng γ-Al2O3 có kích thước hạt 0.5-1.25 mm Gi Mẫu khảo sát sử dụng γ-Al2O3 có kích thước hạt > 1.25 mm Lê Thị Hồng Toan DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Thành phần chung cỏ 14 Bảng 1.2: Thành phần khoáng chất cỏ 15 Bảng 1.3: Các nhóm chức cụ thể hợp chất .16 Bảng 1.4: Thành phần acid amin cỏ .17 Bảng 1.5: Thành phần chất màu cỏ 17 Bảng 2.1: Thống kê tên mẫu khảo sát tỷ lệ rắn lỏng 43 Bảng 2.2: Khảo thay đổi hàm lượng Stevioside sau hấp phụ 44 Bảng 2.3: Khảo sát ảnh hưởng thời gian tới trình hấp phụ 45 Bảng 2.4: Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ tới trình hấp phụ 45 Bảng 2.5: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy tới trình hấp phụ .46 Bảng 2.6: Khảo sát ảnh hưởng pH tới trình hấp phụ 47 Bảng 3.1: Màu sắc cảm quan dung dịch sau hấp phụ với kích thước hạt nồng độ dịch chiết khác .53 Bảng 3.2: Độ hấp thụ quang bước sóng 480 nm dịch sau hấp phụ với kích thước hạt nồng độ dịch khác 53 Bảng 3.3: Nồng độ Stevioside mẫu trước sau hấp phụ .56 Bảng 3.4: Tỷ lệ nồng độ trước sau hấp phụ Stevioside mẫu so với dịch trước hấp phụ .57 Bảng 3.5: Độ hấp thụ quang bước sóng 480 nm dịch chiết sau hấp phụ với nhiệt độ khác .58 Bảng 3.6: Độ hấp thụ quang bước sóng 480 nm dịch chiết sau hấp phụ với nhiệt độ khác .59 Bảng 3.7: Nồng độ Tỷ lệ nồng độ trước sau hấp phụ Stevioside hấp phụ nhiệt độ 61 Lê Thị Hồng Toan Bảng 3.8: Độ hấp thụ quang bước sóng 480 nm dịch chiết sau hấp phụ với tốc độ khuấy khác .62 Bảng 3.9: Độ hấp thụ quang bước sóng 480 nm dịch chiết sau hấp phụ với pH khác 63 Bảng 3.10: Nồng độ Tỷ lệ nồng độ Stevioside trước sau hấp phụ điều kiện pH khác .64 Bảng 3.11: Ma trận thực nghiệm kế hoạch toàn phần hai mức tối ưu .66 Bảng 3.12: Kết thí nghiệm lặp tâm 67 Bảng 3.13: Ma trận thực nghiệm kế hoạch thực nghiệm trực giao Box-Wilson 71 Bảng 3.14: Bảng kết thí nghiệm điều kiện tối ưu 74 Lê Thị Hồng Toan Chuẩn số Fisher tính theo công thức: F= S S du Sll = 0.195 (11) [13-27] ll Thay số ta được: F = 9.92 Giá trị tra bảng chuẩn số Fisher với mức có nghĩa p =0.05, f = N - l = 3, f2 = m – = là: Fp,f ,f = 9.3 Nghĩa F > Fp,f ,f Vậy phương trình hồi quy bậc không tương hợp với thực nghiệm, ta phải chuyển sang mô hình phi tuyến Để xác định tham số mô hình ta phải tiến hành thí nghiệm theo kế hoạch thực nghiệm trực giao bậc hai Box -Wilson 3.4.3 Kế hoạch trực giao bậc hai Để tiến hành kế hoạch trực giao bậc hai ta tiến hành thêm 2.k = 2.3 = thí nghiệm cánh tay đòn   xác định theo phương trình: 2k  + 2k-1  +(0.5.k + no) = với k[...]... cây cỏ ngọt ở Việt Nam trong quy mô phòng thí nghiệm Lê Thị Hồng Toan 11 Từ những lý do trên, cùng sự hướng dẫn tận tình của PGS TS Trần Trung Kiên và sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong trong và ngoài bộ môn, các em sinh viên, tôi đã thực hiện đề tài Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình tẩy màu dịch chiết cỏ ngọt Lê Thị Hồng Toan 12 PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Cây cỏ ngọt và Stevioside 1.1.1 Cây cỏ ngọt. .. Cỏ ngọt Trích ly Ethanol Ete dầu hỏa Cô quay chân không Tách acid amin Ete dầu hỏa Chưng cất n-butanol Trích ly Tẩy màu Than hoạt tính Than Lọc Cô quay chân không n-butanol Kết tinh Methanol Hòa tan Methanol Kết tinh lại Bột stevioside Hình 1.7: Sơ đồ khối quá trình tinh chế dịch chiết cỏ ngọt dung môi ethanol Lê Thị Hồng Toan 22 Cỏ ngọt khô được chiết hồi lưu 2 lần bằng ethanol 65% Tập trung dịch chiết, ... trong quá trình Lê Thị Hồng Toan 27 phân hủy muối nhôm từ 900÷9500C Trên bề mặt của γ-Al2O3 tồn tại hai loại tâm acid, đó là tâm acid Lewis và tâm acid Bronsted 1.3 Phương pháp nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng và tối ưu hóa quá trình công nghệ [13] 1.3.1 Lý thuyết về quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hoá Nhiều công trình nghiên cứu khoa học công nghệ thường đưa đến giải bài toán cực trị, tìm đi ều kiện tối. .. nghệ thường đưa đến giải bài toán cực trị, tìm đi ều kiện tối ưu để tiến hành các quá trình, hoặc lựa chọn thành phần tối ưu để tiến hành các quá trình, hoặc lựa chọn thành phần tối ưu của hệ nhiều cấu tử Thông thường các hệ cần điều khiển và tối ưu hoá lại phức tạp đến mức không thể nghiên cứu trong khoảng thời gian hợp lý Đối tượng nghiên cứu ngày càng đa dạng hơn, trở thành những hệ thống cồng kềnh... ngả màu trong không khí  Dung môi sử dụng để tinh chế đắt tiền  Quy trình phức tạp - Tinh chế bằng nước (Thực hiện tại phòng thí nghiệm Thủy lực và Thủy cơ, bộ môn Quá trình - Thiết bị CNHH và Thực phẩm) Chất hấp phụ Ca(OH)2 Cỏ ngọt khô Lọc Trích ly Nước cất Tẩy màu Kết tủa Bã Kết tinh Bột stevioside Tách acid amin Cô đặc Lọc Chất hấp phụ Hình 1.8: Sơ đồ khối quá trình tinh chế dịch chiết cỏ ngọt. .. kết thúc của quá trình nghiên cứu đối tượng ( từ nhận thông tin mô phỏng đến việc tạo ra mô hình toán, xác định các điều kiện tối ưu ), trong điều kiện đã hoặc chưa hiểu biết đầy đủ về cơ chế của đối tượng * Đối tượng nghiên cứu của quy hoạch thực nghiệm trong các ngành công nghệ thường là một quá trình hoặc một hiện tượng nào đó có những tính chất đặc điểm cần nghiên cứu Người nghiên cứu có thể chưa... Stevia (cỏ ngọt) Nằm trong dự án “Hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất một số sản phẩm thực phẩm chức năng chứa hoạt chất Stevioside có tác dụng hỗ trợ bệnh nhân tiểu đường từ cây cỏ ngọt Việt Nam” của Bộ GD-ĐT và kế thừa của các nghiên cứu trước, luận văn này tập trung nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ tạp chất trong dịch chiết cỏ ngọt sử dụng vật liệu hấp phụ γ-Al2O3 để tinh chế... toàn và ít độc hại, công nghệ đơn giản, dễ chuyển quy mô để sản xuất đại trà, luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu quá trình hấp phụ tẩy màu trong sơ đồ tinh chế bằng nước 1.2 Quá trình hấp phụ và vật liệu hấp phụ γ-Al2O3 1.2.1 Quá trình hấp phụ rắn-lỏng [6] - Khái niệm: Hấp phụ rắn-lỏng là quá trình hút chất tan trên bề mặt các vật liệu xốp nhờ các lực bề mặt Chất bị hút được gọi là chất bị hấp phụ,... Tổng 3,72 + Thành phần chất màu: Chlorophill (A và B), carotenoids trong cỏ ngọt Bảng 1.5: Thành phần chất màu của cỏ ngọt Lá tươi Lá khô Nồng độ mg/100g Nồng độ mg/100g Chlorophyll A 77,40 40,71 Chlorophyll B 46,39 27,22 Carotenoids 30,50 7,67 Tổng 154,29 75,60 Chất màu Lê Thị Hồng Toan 17 Dịch chiết cỏ ngọt với dung môi nước và rượu etylic chứa một số tạp chất, bao gồm chất màu thực vật và các hợp chất... Sự ổn định của Stevioside trong các dung dịch acid (10 g/l), thời gian lưu trữ 4 tháng, nhiệt độ phòng (25oC ± 2) .20 Hình 1.7: Sơ đồ khối quá trình tinh chế dịch chiết cỏ ngọt dung môi ethanol 22 Hình 1.8: Sơ đồ khối quá trình tinh chế dịch chiết cỏ ngọt dung môi nước .23 Hình 1.9: Cấu trúc khối của γ-Al2O3 .27 Hình 1.10: Hai lớp đầu tiên của tinh thể γ-Al2O3 27 Hình 2.1: Các