Đề tài Tách chiết và thu hồi các hợp chất tự nhiên

Giáo viên hướng dẫn: PGS Lâm Xuân Thanh PGS. Nguyễn Thị Minh Tú TS. Hồ Phú Hà Tách chiết và thu hồi các hợp chất tự nhiên Học viên: Vũ Kim Dung Phạm Đức Đan Phạm Thị Thu Hiền Hà Nội, 5-2011 VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM Nội dung Tách chiết và thu hồi Glycoside trong tỏi Tách chiết và thu hồi alkaloid trong trà, cafe Tách chiết và thu hồi vitamin TÁCH CHIẾT VÀ THU HỒI GLYCOSIDE TRONG TỎI ĐỊNH NGHĨA GLYCOSID Định nghĩa rộng Định nghĩa hẹp Phần đường: ose, glycon Phần không đường: aglycon, genin Ví dụ về các cấu trúc hóa học của một trong các glycoside tim Salicin , một glycoside liên quan đến aspirin Là những chất kết tinh được, một số ở dạng vô định hình hoặc lỏng sánh. Đa số không màu, một số có màu (anthraglycosid đỏ hoặc da cam,…) Có vị đắng. Độ tan khác nhau, phụ thuộc vào mạch đường và aglycon. Tính chất vật lý 2. Tính chất hóa học. Phần lớn các glycosid trước khi thủy phân không có tính khử (trừ một số glycosid mà phần aglycon có nhóm chức có tính khử). Thủy phân bằng enzym, sự thủy phân có tính chất chọn lọc. Thủy phân bằng acid Để cắt đứt nối của phần đường gắn vào aglycon qua nhóm chức –OH của aglycon, thu được aglycon và đường Thủy phân bằng dung dịch kiềm Để cắt đứt nối ester hoặc nối của đường gắn vào aglycon ngang qua nhóm chức ester của Aglycon thu được alycon-COOH và đường PHƯƠNG PHÁP CHIẾT GLYCOSID Cấu trúc hóa học của Glycosid rất đa dạng nên tính chất phân cực của mỗi phân tử thay đổi tùy theo cấu trúc aglycon (phần không đường) và một số phân tử đường gắn vào aglycon, vì thế không thể có một phương pháp nào chung cho tất cả các glycoside. Nói chung các glyosid có tính phân cực khá mạnh, nên không tan trong trong các dung môi kém phân cục như: eter dầu hỏa, hexan, benzen…nhưng tan được trong clorofrom, dietyl eter, tan tốt trong alcol, nuớc. PHƯƠNG PHÁP CHIẾT GLYCOSIDE Tạp chất đi kèm với Glycoside có loại tan trong dầu và tan trong nước (các chất gum, pectin, tannin..). Loại tan trong dầu chủ yếu là các chất béo, caroteoid. Muốn xử lý người ta thường loại các tạp chất này bằng các dung môi kém phân cực. Người ta thường chiết glycoside bằng nước nóng, etannol, metannol hoặc hỗn hợp acol – nuớc 50 – 90% Qui trình tổng quát chiết tách Glycosid DUNG DỊCH NƯỚC ETER DẦU HỎA DUNG DỊCH NƯỚC ALCOL BỘT CÂY DUNG DỊCH NƯỚC DUNG DỊCH NƯỚC DUNG DỊCH NƯỚC DUNG DỊCH NƯỚC DUNG DỊCH BUTANNOL POLYGLYCOSID DUNG DỊCH ETYL ACETAT POLYGLYCOSID TRẦM HIỆN PbSO4 TRẨM HIỆN DUNG DỊCH CLOROFORM MONOGLYCOSID GLYCOSID TOÀN PHẦN (Chứa dầu béo, các chất có màu,…) Chiết với eter dầu hỏa để loại béo Chiết VỚI hỗn hợp etannol hoặc metannol – nước Dd nước acetat chì 2 – 5% Lọc, rửa tủa với nước cất. Dd Na2SO4 bão hòa Lọc rữa tủa với nước cất Chiết lỏng với cloroform Chiết lỏng – lỏng với etyl acetat - Chiết lỏng – lỏng với butanol - Làm khan nước Thu hồi dung môi Làm khan nước, thu hồi dung môi DUNG DỊCH NƯỚC ETER DẦU HỎA PHƯƠNG PHÁP CHIẾT GLYCOSID Giai đoạn tinh chế thường công phu và tùy theo mỗi loại glycosid mà có phương pháp tinh chế khác nhau. Ví dụ muốn tinh chế saponin, có thể tiến hành thẩm tích hoặc lọc qua gel, các steroid glycosid thì dùng phương pháp kết hợp cholesterrol. Một số glycosid có thể tinh chế bằng cách hòa tan trong một lượng cồn vừa đủ rồi thêm một lượng lớn dung môi như eter, herxan, aceton, glycosid sẽ kết tủa PHƯƠNG PHÁP CHIẾT GLYCOSID Trong nghiên cứu muốn thu được chất tinh khiết người ta thường dùng các phương pháp: sắc ký cột, sắc ký chế hóa phương pháp phân bố ngược dòng, thăng hoa chân không ở các nhiệt độ và áp suất khác nhau hoặc kết tinh phân đoạn trong các dung môi thích hợp. Muốn chiết phần aglycon thì cần phải thủy phân rồi chiết bằng dung môi hữu cơ. Khái niệm và phân loại khoa học về tỏi Tỏi là một loài thực vật thuộc họ Hành, nghĩa là có họ hàng với hành tây, hành ta, hành tím, tỏi tây, v.v... và cũng được con người sử dụng làm gia vị, thuốc, rau như những loài họ hàng của nó Thành phần các chất trong tỏi Công dụng của tỏi Theo Đông y, tỏi vị cay, tính ấm, hơi có độc, vào 2 kinh Can, Vị.  Tỏi có tác dụng thông khiếu, giải phong, sát trùng, giải độc, tiêu nhọt, hạch. Tỏi làm hạ cholesterol bằng cách gia tăng sự đào thải cholesterol và làm giảm sự hấp thụ cholesterol xấu qua màng ruột qua đó làm giảm độ lipid trong máu Tỏi là một loại gia vị có những chất chống oxy hoá mạnh nhất trong số các gia vị thông thường, làm tăng khả năng bảo vệ màng tế bào, phòng chống ung thư và bệnh tim mạch. Tỏi chứa nhiều kháng sinh nên có tác dụng kháng khuẩn mạnh. Thường được dùng để điều trị bệnh cảm cúm, vết loét, chữa viêm họng, đau răng… Tách chiết chất glycoside trong tỏi TÁCH CHIẾT ALKALOIDS Alkaloid Alkaloid là nhóm các bazơ nitơ hữu cơ có trong động và thực vật. Trong thực vật, các alkaloid thường tồn tại dưới dạng muối với các axit hữu cơ Có 6.000 alkaloid phổ biến ở các loài thực vật, tập trung ở một số họ: trúc đào, thuốc phiện, đậu, cà, thủy tiên... Tác dụng lên hệ thần kinh, liều thích hợp là thuốc chữa bệnh hiệu quả nhưng liều cao là thuốc độc. Hàm lượng Alkaloid có thể đạt tới 10% trong các loại rau quả thông dụng như khoai tây, chè, cà phê. Cấu tạo hóa học của Alkaloid Các alkaloid phổ biến trong thực vật: Methylxathin: trong chè, cà phê và cacao. Gồm theophylin, caffein và theobromin. Chất kích thích hệ thần kinh trung ương và ảnh hưởng đến trí nhớ. Cocain:Là alkaloid chính của lá cây Erythroxylon coca, họ Erythroxylaceae. Cocain là chất rắn, nóng chảy ở 98oC. Quinin:Cùng với nhiều alkaloid khác có chứa trong vỏ cây Cinchona (cây Canh nika). Là chất rắn, nóng chảy ở 177oC, dễ tan trong etanol và ete. Là một loại thuốc chống bệnh sốt rét và hạ sốt. Morphin:Có trong cây anh túc. Là chất rắn kết tinh nóng chảy ở 254oC, ít tan trong nước. Với liều lượng nhỏ, morphin được dùng làm thuốc giảm đau, thuốc ngủ, thuốc ho. Atropine: có nhiều trong hạt cà độc dược (Atropa belladonna), Atropine là chất rắn, nóng chảy ở 115-117oC, vị đắng. Có tác dụng chống co thắt cơ trơn như ruột, cuống phổi và làm giãn đồng tử mắt Aconitin: có trong cây Ô đầu, Một alkaloid có độc tính cao, thuộc loại thuốc độc bảng A. Công thức hóa học là C34H47O11N. Làm thuốc trị ho, ra mồ hôi Erythrine: trong lá và hoa vông nem. Tác dụng làm giảm và có khi làm mất hẳn hoạt động thần kinh trung ương, tuy nhiên không ảnh hưởng đến sự kích thích vận động và sự co bóp của cơ. Tác dụng: An thần, gây ngủ Tác dụng của caffeine Dễ đạt được thỏa hiệp Giảm béo: kích thích các tế bào mỡ giải phóng các chất béo, Tăng cường trao đổi chất Giảm nguy cơ hen suyễn và chữa bệnh dị ứng Tăng cường trí nhớ và sự nhạy bén Phòng tránh bệnh về gan (xơ gan) Giảm đau Tăng cường thể lực Tránh nguy cơ mắc tiểu đường type II Tính chất Khối lượng mol của caffein là 194,2 g. Ở nhiệt độ bình thường một lít nước chỉ hoà tan 20 g caffein, trong khi một lít nước sôi hoà tan tới 700 g. Caffein cũng tan nhiều trong chloroform, tuy nhiên lại chỉ tan một phần trong êtanol. Tách chiết Phương pháp nước (Water Solvent method) Phương pháp CO2 Phương pháp dung môi (Solvent method) The Soxhlet Apparatus Industry: uses solid-liquid extractors based on the principle of counter-current extraction, such Soxhlet apparatus. Dịch thu được sau khi chiết bằng hơi nước được bổ sung acid salicylic và khuấy đều. Caffeine chuyển thành dạng muối Cafeine Salicylate   Dịch muối được rửa với dung môi Caffeine Salicylate chuyển từ pha nước sang dung môi. Tách Caffeine và loại bỏ pha nước. Separation Funnel Cô đặc và sấy khô dịch muối Caffeine Salicylate thành dạng bột. VITAMIN I. Khái quát về vitamin I.1. Định nghĩa Vitamin là nhóm chất hữu cơ có bản chất hóa học khác nhau, chỉ cần một lượng nhỏ trong thức ăn để đảm bảo cho sự phát triển bình thường của cơ thể. Thực vật và vi sinh vật có khả năng tổng hợp hầu hết các loại vitamin và tiền vitamin (provitamin). Người và động vật không có khả năng tổng hợp mà chỉ sử dụng được vitamin lấy từ thức ăn. I. Khái quát về vitamin I.2. Phân loại Gồm có 2 loại: Vitamin tan trong nước: vitamin nhóm B, vitamin C. Vitamin tan trong chất béo: A, D, E, K, Q. II. Vitamin A II.1. Tính chất Không tan trong nước, tan tốt trong các dung môi của lipit, ete, ethanol… Bền trong điều kiện yếm khí, bền với acid và kiềm ở nhiệt độ không quá cao. Dễ bị oxy hóa bởi oxy không khí, ánh sáng làm tăng quá trình oxy hóa vitamin A. Dưới tác dụng của enzyme dehyrogenase thì retinol chuyển sang dạng retinal. II.2. Cấu tạo Vitamin A có 2 dạng quan trọng là A1 và A2 II.5. Nguồn gốc Từ động vật: có nhiều trong gan, trong cơ thịt có màu sẫm (thịt bò), trong lòng đỏ trứng. Từ thực vật: có chứa nhiều tiền vitamin A là ß-carotene có nhiều ở cà rốt, đu đủ, gấc, bí đỏ… Một số sản phẩm chứa vitamin A III.1.4 Các phương pháp sản xuất Phương pháp tổng hợp hóa học: Phương pháp chiết rút: Phương pháp chiết rút gấc, cà rốt, bí đỏ… Nguyên liệu Sấy khô (800C) Tán nhỏ Chiết bằng Ethylic ete (để qua đêm) Cho bốc hơi dung môi ở nhiệt độ thấp, Áp suất thấp) Tách bằng sắc kí lỏng Beta caroten Phương pháp tổng hợp hóa học Phản ứng Wittig: C20 + C20 Dựa trên phản ứng Roch: C19 + C2 + C19 III.2 Vitamin A và dầu cá Nguồn điều chế vitamin A trong kỹ nghệ sản xuất là gan cá và động vật biển. Ở những loài cá sống lâu năm hàm lượng ở gan tăng lên. Thường dùng cá thu, cá nhám… III.2. Phương pháp thủy phân bằng xút loãng ở nhiệt độ cao Nguyên liệu rửa xay nhỏ trộn xút thủy phân lắng đọng tách dầu làm sạch khử nước lọc tinh tách mỡ cứng cân bằng A thành phẩm. Vitamin A thành phẩm được sản xuất theo dạng viên hình cầu hay dạng bầu dục (có màu vàng sáng trong) được đóng vỉ hoặc hộp rất tiện lợi cho người sử dụng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B2 Các nhà khoa học đã áp dụng nhiều phương pháp khác nhau trong công nghệ sản xuất vitamin. Các phương pháp đó là: Chiết rút từ nguồn nguyên liệu thực vật và động vật Tổng hợp hóa học Tổng hợp sinh học Tổng hợp hóa sinh học CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B2 Phương pháp sinh hóa học Bao gồm chuổi phản ứng 4 giai đoạn, nguyên liệu mồi là glucose, hiệu suất thu hồi vitamin B2 60%, độ tinh khiết 96%. Tuy nhiên, phải sử dụng nhiều hóa chất động hại, sản sinh ra nhiêu chất gây ô nhiễm môi trường. Glucose Ribose Ribamine Phenylazoribity - amine Raw riboflavin Riboflavin (about 96% pure) CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B2 Phương pháp sinh hóa học Fermentation CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B2 Phương pháp sinh học (phương pháp lên men một giai đoạn) Phương pháp này tiết kiệm được sản xuất, không sử dụng hóa chất độc hại, vì vậy chi phí thấp và không gây ô nhiễm môi trường. Nguồn nguyên liệu đa dạng và sử dụng nhiều chũng vi sinh vật khác nhau, hàm lượng vitamin B2 sau sản xuất đạt 82%. Sau lên men, chất thải của phương pháp này sử dụng làm thức ăn gia súc vì vậy có thể giảm chi phí. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B2 Phương pháp sinh học (phương pháp lên men một giai đoạn) Glucomolasses or sova bean oil Riboflavin Riboflavin (about 80% pure) Fermentation CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B2 Sơ đồ công nghệ sản xuất Riboflavin