ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
NGUYỄN VĂN CHIẾN Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TẨY MÀU DỊCH CHIẾT CỎ NGỌT
BẰNG THAN HOẠT TÍNH” KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo : Chính quy
Chuyên ngành : Công nghệ thực phẩm
Khoa : CNSH & CNTP
Lớp : 42 - CNTP
Khoá học : 2010 – 2014
Giáo viên hướng dẫn : 1. ThS. Phùng Thị Anh Minh
2.TS. Trần Văn Chí
Thiết bị Công nghệ Hóa học, chúng em đã có cơ hội nghiên cứu, vận dụng, ứng
dụng, thực hành một phần những kiến thức đã học được một cách khoa học, đồng
bộ, hệ thống giúp chúng em rèn luyện, phát triển và hoàn thiện những kỹ năng,
phẩm chất của người kỹ sư tương lai. Chúng em chân thành gửi lời cảm ơn tới cô
Phùng Thị Anh Minh, thầy Trần Văn Chí và ban chủ nhiệm khoa CNSH-CNTP
trường đại học Nông Lâm Thái nguyên, cùng toàn thể thầy cô của bộ môn Quá
trình – Thiết bị Công nghệ Hóa học trường đại học Bách Khoa Hà Nội trong việc
tạo điều kiện giúp đỡ rất lớn chúng em trong đợt thực tập này.
Thái Nguyên, ngày 12 tháng 5 năm 2014.
Sinh viên
Nguyễn Văn Chiến
MỤC LỤC
Phần 1: MỞ ĐẦU 1
1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu 2
1.3. Mục đích nghiên cứu 2
1.3.1. Ý nghĩa khoa học 2
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn 2
Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
2.1. Giới thiệu về cây cỏ ngọt và Các chất tạo ngọt 3
2.1.1. Cây cỏ ngọt 3
2.1.2. Các chất tạo ngọt trong cây cỏ ngọt 8
2.1.3. Ứng dụng 11
2.2. Hấp Phụ và vật liệu hấp phụ than hoạt tính 12
2.2.1. Hấp phụ 12
Bảng 2.1 : 8 deterpenoid glycosides 5
Bảng 2.2 Thành phần trong cây cỏ ngọt 5
Bảng 2.3 : Thành phần chất khoáng trong cây cỏ ngọt 6
Bảng 2.4: Thành phần axit amin của cỏ ngọt 7
Bảng 2.5: Thành phần chất màu của cỏ ngọt 8
Bảng 2.6 Tóm tắt tính chất của một số lại than 17
Bảng 2.7 Thành phần nguyên tó của một số loại than hoạt tính 18
Bảng 2.8: Bảng thông số kỹ thuật của than hoạt tính 19
Bảng 3.1: Thí nghiệm các mẫu ở nhiệt độ 20
0
C, 30
0
C, 40
0
C, trong thời gian
30 phút, 40 phút, 50 phút và với tỷ lệ than/ dịch (1/10) 26
Bảng 3.2: Thí nghiệm các mẫu ở nhiệt độ 20
0
C, 30
0
C, 40
0
C, trong thời gian
30 phút, 40 phút, 50 phút với tỷ lệ than/ dịch (1/15) 27
Bảng 4.1: Kết quả sử lý số liệu trung bình của độ truyền quang sau ba lần lặp
lại ở 20
0
C, 30
0
C, 40
Hình 4.6: Ảnh mẫu M31 và N31 sau khi tẩy màu 35
Hình 4.7: Ảnh mẫu M32 và N32 sau khi tẩy màu 36 1
Phần 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Trong thiên nhiên có rất nhiều loại cây cho ta một dạng đường năng lượng, có
độ ngọt gấp hàng trăm thậm trí hàng nghìn lần so với đường sacroza như:
Dioscorophilium cumminssi, Hemsleyapanicisseandens, Lippia duclcis,
Synsepalum dulcificum, Thaumatococcus danielii…Tuy nhiên do khó khăn trong
kỹ thuật thu hái và chế biến hoặc do các độc tố trong loại cây này, việc sử dụng
chúng như một chất thay thế đường còn bị hạn chế.
Cây cỏ ngọt (còn gọi là cỏ mật, cỏ đường, cúc ngọt, cây thay thế đường) là
một trong những cây trong nhóm này được chú ý phát triển. Cây cỏ ngọt đã được
biết đến từ những năm 1908, Resenack (1908) và Dieterich (1909) đã chiết xuất
được glucozit từ lá cỏ ngọt. Đến năm 1931 Bridel và Lavieille mới xác định được
glucozit mới chính là stevioside, chất ngọt cơ bản tạo nên độ ngọt cây này. Chất
steviozit sau khi thủy phân sẽ cho 3 phân tử Steviol isosteviol Chất Steviol ngọt
hơn đường saccaroza 300 lần Steviozit công thức có độ ngọt gấp 300 lần so với
saccaroza, ít năng lượng ngon không lên men, không bị phân hủy, bởi vậy rất có
triển vọng để thay thế đường trong chế độ ăn kiêng. Một số nghiên cứu gần đây cho
thấy tác dụng của cỏ ngọt duy trì hàm lượng đường trong máu, cỏ ngọt còn tỏ ra có
hiệu quả trong việc cải thiện chế độ tiêu hóa, điều hòa hoạt động của hệ động mạch
và sự chuyển hóa, tạo ra một sự minh mẫn về trí óc, làm cho giấc ngủ sâu hơn, êm
đềm hơn. [3]
Xã hội ngày càng phát triển, kéo theo đó là những căn bệnh mang tính chất xã
3
Phần 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Giới thiệu về cây cỏ ngọt và Các chất tạo ngọt
2.1.1. Cây cỏ ngọt
- Tên khoa học: Stevia rebaudiana (Bertoni) Hemsley
- Tên đồng nghĩa: Eupatorium rebaudianum Bert
- Tên thường gọi: Cúc ngọt, cỏ ngọt, cỏ mật [3]
Hình 2.1: Hình ảnh cây cỏ ngọt (Stevia Rebaudiana (Bertoni) Hemsley)
2.1.1.1.khoa học
- Giới: Plantae
- Bộ: Asterales
- Họ: Asteracee
- Tông: Eupatorieae
- Chi: Stevia [3]
2.1.1.2. Phân loại theeo loài
Cỏ ngọt có khoảng 240 loài có nguồn gốc từ Nam Mỹ, Trung Mỹ, Mexico, và
một vài tiểu bang hoa kỳ.
+ Một số loài cỏ ngọt tiêu biểu sau:
- Stevia ovata
4
- Stevia plummerae
- Stevia rebaudiana
5
Bảng 2.1 : 8 deterpenoid glycosides [6]
Bảng 2.2 Thành phần trong cây cỏ ngọt [3]
Thành phần % dựa trên trọng lượng khô
Độ ẩm 5,37
Protein 11,41
Chất béo 3,73
Xơ thô 15,52
Tro 7,41
Carbohydrates 61,93
Đường khử 5,88
Đường không khử 9,77
Tổng số carbohydrates hòa tan 15,65 6
2.1.1.4.Hàm lượng chất khoáng trong cây cỏ ngọt:
Cỏ ngọt chứa một lượng đáng kể các chất dinh dưỡng quan trọng. Điều này
cho thấy cỏ ngọt là một thành phần cần thiết để bảo vệ cơ thể, điều chỉnh và duy trì
quá trình trao đổi chất khác nhau. Kali, canxi, magiê, natri và chất dinh dưỡng quan
trọng, đã được tìm thấy với lượng hợp lý trong lá cỏ ngọt. Kẽm và mangan được coi
là vi chất dinh dưỡng chống oxy hóa và do đó, sự hiện diện của chúng có thể thúc
đẩy hệ thống miễn dịch và phòng chống các bệnh. Sắt là một yếu tố cần thiết cho
tổng hợp hemoglobin. Lượng sắt cao trong lá Stevia rất hữu ích trong việc duy trì
(g/100g)
Lá stevioside FAO/WHO Lá stevioside
Arginin 0,45 0,35 Aspartate 0,37
Lysine 0,70 0,58 Serine 0,46
Histidine 1,13 0,18 Glutamic 0,43
Phenyl alanine 0,77 0,63 Proline 0,17
Leucine 0,98 0,66 Glycine 0,25
Methionine 1,45 0,25 Alanine 0,56
Valine 0,64 0,35 Cystine 0,40
Therionine 1,13 0,34 Tyrosine 1,08
Isolucine 0,42 0,28
Tổng 7,67 3,62 Tổng 3,72
2.1.1.6. Chất diệp lục (A và B), Carotenoids trong cỏ ngọt
Carotenoid không phải là tên riêng của một chất nào mà là tên của một nhóm
các hợp chất có công thức cấu tạo tương tự nhau và tác dụng bảo vệ cơ thể cũng
tương tự nhau. Carotenoid khá quen thuộc với chúng ta là beta-caroten hay còn gọi
là tiền chất của vitamin A.
8
Bảng 2.5: Thành phần chất màu của cỏ ngọt [6]
Nội dung
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
lên tới 140°C thì bắt đầu phân hủy. Tới 200
0
C thì sự phân hủy xảy ra gần như hoàn
toàn [6]
2.1.2.2. Steviol
- Công thức hóa học: C
20
H
30
O
3
- Công thức cấu tạo:
Hình 2.3: Cấu trúc hóa học của Steviol [3]
Steviol là thành phần không đường của Glycosides, nó là cơ sở để xây dựng
nên các phần tử đường khác như: Stevioside và Rebaudioside [3]
2.1.2.3. Steviolbioside
- Công thức cấu tạo: R1 là H, R2 là G-G
Là chất có hàm lượng rất nhỏ. Bên cạnh Stevioside là Rebaudioside, số lượng
ít hơn nhưng ngọt hơn Stevioside 1 - 1,2 lần [3]
2.1.2.4. Rebaudioside A
- Công thức hóa học: C
44
H
70
O
23
.3H
2
22
.3H
2
O
- Công thức cấu tạo: R1 là G, R2 là G(G)RH
11
Rebaudioside điểm nóng chảy 235-238ºC. Ngọt gấp 40-60 lần Sucrose. Hàm
lượng 1-2% trọng lượng chất khô
Hình 2.6: Cấu trúc hóa học của Rebaudioside C [3]
2.1.2.7. Rebaudioside D
- Công thức cấu tạo: R1 là-G-G, R2 là(2G)
- Điểm nóng chảy 283-286ºC. Hàm lượng rất nhỏ [3]
2.1.2.8. Dulcoside A
- Công thức cấu tạo: R1 là G, R2 là G-Rh
- Dulcoside A có độ ngọt gấp 30 lần Sucrose. Hàm lượng 0,5-1% trọng lượng
chất khô [3]
2.1.3. Ứng dụng
Stevioside được biết đến như là một chất ngọt tự nhiên không chứa nhiều năng
lượng, không lên men, không bị phân hủy được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm,
thức uống, thuốc men và hóa chất hàng ngày. Trong tất cả các sản phẩm đường, các
stevioside có thể được sử dụng để thay thế các loại đường. Hiện nay, Stevioside chủ
yếu được sử dụng trong đồ uống và thuốc, đặc biệt là trong nước giải khát, cũng
được sử dụng trong thực phẩm đông lạnh, đồ hộp, các loại kẹo trái cây, gia vị, rượu
vang, kẹo cao su và kem đánh răng [4]
Vì Stevioside không cung cấp nhiều năng lượng như các loại đường, nên
Stevioside thích hợp cho những người bệnh béo phì và những người bị bệnh tiểu
đường. Tuy nhiên, Stevioside không phải là một loại thuốc mà chỉ là một loại thực
phẩm chức năng giành cho những người ăn kiêng. Giá trị năng lượng của Stevioside
Quá trình hấp phụ thường bất thuận nghịch, tiến hành chậm rất khó nhả
Trong thực tế, cả hai loại hấp phụ trên đây đều xảy ra đồng thời, nhưng tùy điều kiện mà
loại này hay loại kia chiếm ưu thế hơn. [9]
13
2.2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ:
Nồng độ chất bị hấp phụ: Thường nồng độ chất bị hấp phụ càng cao thì sẽ
cần nhiều chất hấp phụ hơn. Trong trường hợp lượng chất hấp phụ cố định thì tới
một giới hạn nồng độ nào đó, quá trình hấp phụ sẽ đạt cân bằng, nếu nồng độ
chất bị hấp phụ tiếp tục tăng thì quá trình hấp phụ không còn đạt được hiệu quả
mong muốn nữa.
Tỷ lệ rắn/ lỏng: Trong một số trường hợp, chất tan cần hấp phụ có nồng độ cố
định, chính vì thế, cần khảo sát lượng hạt cần thiết cho quá trình hấp phụ, nếu lượng
hạt quá nhiều sẽ gây lãng phí, còn nếu quá ít sẽ không đạt được hiệu quả hấp phụ
mong muốn.
Nhiệt độ: Trong trường hợp hấp phụ vật lý, thường nhiệt độ tăng thì hiệu quả
hấp phụ giảm, còn trường hợp hấp phụ hóa học, cần có nhiệt độ cao để đảm bảo
năng lượng hoạt hóa.
Bề mặt riêng: Thường trong quá trình hấp phụ, bề mặt riêng càng lớn thì hấp phụ
càng tốt, điều đó chứng tỏ với hạt nhỏ hoặc hạt có mao quản xốp sẽ hấp phụ tốt hơn.
Thời gian lưu: Thời gian lưu có ảnh hưởng lớn tới hiệu quả của quá trình hấp
phụ, thời gian lưu càng dài thì hấp phụ càng tốt, nhưng dài quá thì ảnh hưởng tới
năng suất của quá trình.
pH của chất bị hấp phụ: Mỗi chất hấp phụ sẽ hoạt động tối ưu ở một khoảng
pH nhất định, pH quá cao hoặc quá thấp sẽ khiến chất hấp phụ bị biến đổi, gây mất
hoạt tính [8]
2.2.2. Vật liệu hấp phụ than hoạt tính
2.2.2.1. Định nghĩa
Than hoạt tính là chất có khả năng hấp phụ cao, thu được từ quá trình than hoá
thích hợp các chất có nguồn gốc từ thực vật. Từ cacbon chúng ta sẽ có được than
/g. Bề mặt riêng rất lớn là hệ quả của cấu trúc xơ rỗng mà chủ yếu là do thùa
hưởng từ nguyên liệu hữu cơ xuất xứ, qua quá trình chưng khô (sấy) ở nhiệt độ cao
trong điều kiện yếm khí. Phần lớn các vết rỗng, nứt vi mạch đều có tính hấp phụ rất
mạnh và chúng đống vai trò các rãnh chuyển tải (kẽ nối). Than hoạt tính thường
được tự nâng cấp (ví dụ, tự rửa tro hoặc các hóa chất tráng mặt), để lưu giữ lại được
những thuộc tính lọc hút, để có thể thấm hút được các thành phần đặc biệt như kim
loại nặng. Thuộc tính làm tăng ý nghĩa của than hoạt tính còn ở phương diện nó là
chất không độc, gía thành sản xuất rẻ (được taọ từ gỗ và nhiều phế thải chất hữu cơ
khác như từ vỏ, xơ dừa, tre). Chất thải của quá trình chế tạo than hoạt tính dễ dàng
bị tiêu hủy băng phương pháp đốt. Nếu như các chất đã được lọc là những kim loại
nặng thì việc thu hồi lại từ tro đốt, cũng rất rễ. [8] 15
Hình 2.7: Hình ảnh than hoạt tính
2.2.2.3. Tính chất của than hoạt tính
* Tính chất vật lý
Kích thước hạt và bề mặt riêng của than hoạt tính
Trong quá trình sản xuất sự va chạm, khuấy trộn. Các hạt than sơ khai thường
có cấu trúc khối cầu hoặc gần như khối cầu. Các khối cầu nằm bên nhau trong hỗn
hợp phản ứng lại liên kết với nhau làm tăng kích thước cuả hạt để làm giảm năng
lượng tự do bề mặt và tạo thành các chuỗi. Những chuỗi thay đổi này không những
trong quá trình sản xuất than mà cả trong quá trình gia công giữa than hoạt tính và
cao su. Có các phương pháp sản xuất than hoạt tính khác nhau nên có các loại than
hoạt tính có tính chất khác nhau, hình dạng kích thước hạt khác nhau. Nên trước khi
đưa vào sử dụng cần xách định được các thông số (kích thước hạt, diện tích riêng bề
mặt hạt than). Vì những thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của cao su
tăng cường lực bằng than họat tính.
Cấu trúc vật lý của than hoạt tính:
Than hoạt tính dạng bột là các hạt nằm sát bên nhau và ở các góc cạnh, các
cung là không khí, vì thế khối lượng riêng của nó nhỏ hơn nhiều và dao động từ 80
÷ 300 kg/m3, phụ thuộc vào mức độ phát triển cấu trúc của than. Than có cấu trúc
càng lớn, khoảng trống giữa các cấu trúc càng nhiều và giá trị khối lượng riêng càng
nhỏ. Qua ứng dụng của than hoạt tính, người ta thấy rằng giá trị khối lượng riêng
1860 kg/m
3
thường được sử dụng khá phổ biến. [9]
* Tính chất hóa học của than hoạt tính
Than hoạt tính có cấu trúc mạng phẳng, cấu tạo từ các vòng cacbon, vị trí sắp
xếp các nguyên tử cacbon trong vòng giống vị trí sắp xếp các nguyên tử cacbon
trong benzen. Các nguyên tử cacbon liên kết với nhau bằng liên kết hóa học như
sau: Khoảng 3 - 7 mạng cacbon phẳng sắp xếp thành từng lớp, mạng này lên mạng
khác, nhưng không trồng khít và chính xác như nhau mà các nguyên tử cacbon ở
các mạng khác nhau nằm lệch nhau tạo thành các tinh thể sơ khai của than hoạt tính.
Khoảng cách giữa các nguyên tử cacbon trong cùng một mạng là 1,42 Aº, khoảng
cách giữa các nguyên tử cacbon tương ứng ở hai mạng kề nhau là 3,6-3,7 Aº.
17
Trong mỗi tinh thể sơ khai của than hoạt tính chứa khoảng 100 ÷ 200 nguyên
tử cacbon. Các tinh thể sơ khai sắp xếp tự do và liên kết với nhau để tạo thành các
hạt than đầu tiên. Số lượng các tinh thể sơ khai trong hạt than quyết định kích thước
của hạt than, chẳng hạn than hoạt tính được sản xuất bằng phương pháp khuếch tán
MacDG – 100 chứa khoảng 5000 ÷ 10000 tinh thể. Trong quá trình sản xuất, do có
sự va chạm, khuấy trộn, các hạt than sơ khai thường có dạng khối cầu hoặc gần cầu.
Các khối cầu nằm bên trong hỗn hợp phản ứng lại liên kết với nhau nhằm tăng kích
thước của hạt để giảm năng lượng tự do bề mặt và tạo thành các chuỗi. Hình dạng
và kích thước của chuỗi phụ thuộc vào tính chất của từng loại than. Các chuỗi hạt
như vậy được gọi là cấu trúc hạt bậc nhất của than hoạt tính. Trong tinh thể khối
của hạt than hoạt tính, các nguyên tử cacbon nằm ở mặt ngoài (cạnh hoặc mép) có
Diện tích
bề mặt
hấp phụ
N
2
m
3
/g
Hàm
lượng
chất dễ
bay hơi
pH
Than máng
Tính năng
công nghệ
FPC
Khí thiên
nhiên
290-300 100 5,0 5
Cán tráng khá tốt MPC
Khí thiên
nhiên
250-280 110-120 5,0 5
Than lò khí
Phân tán khô FF
Dầu hoặc
chống mài Mòn
cho cao su lưu hóa
HAF Dầu 260-280 110-120 1,5 8-9
Thông dông GPF Dầu 500-550 74-100 1,0 9
Tăng khả năng
Dẫn điện
CF Dầu 210-290 15-30 1,5-2 8-9
Nhiệt phân
Cực mịn FT
Khí thiên
nhiên
1800 13 0,5 9
Mức độ phân
tán trung bình
MT
Khí thiên
nhiên
4700 7 0,5 8
Copyright: Tài liệu đại học ©