Nghiên cứu quy trình tẩy màu dịch chiết cỏ ngọt bằng than hoạt tính tại bộ môn Quá trình – Thiết bị Công nghệ Hóa học trường đại học Bách Khoa Hà Nội

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

Thái Nguyên, 2014
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này là
trung thực.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luận này đã được
cảm ơn và các thông tin được trích dẫn trong khóa luận đã được ghi rõ nguồn gốc.

Thái nguyên, ngày tháng n ăm 2014
Sinh viên




Nguyễn Văn Chiến


LỜI CẢM ƠN

Đối với sinh viên chuyên ngành Công Nghệ Thực Phẩm nói riêng và mỗi sinh
viên nói chung, thực tập tốt nghiệp là một kỳ thực tập rất đặc biệt và có ý nghĩa rất
lớn, bởi đây là lần tiếp xúc với thực tế cuối cùng trước khi bước vào thực tế. Trong
lần thực tập tốt nghiệp này, được sự đồng ý và nhất trí của Ban giám hiệu nhà
trường và Ban chủ nhiệm khoa CNSH-CNTP, tôi đã tiến hành đề tài: “ Nghiên cứu
quy trình tẩy màu dịch chiết cỏ ngọt bằng than hoạt tính tại bộ môn Quá trình –
Thiết bị Công nghệ Hóa học trường đại học Bách Khoa Hà Nội ” Nhờ sự giúp đỡ
và tạo điều kiện tận tình của giáo viên hướng dẫn 1: Cô Phùng Thị Anh Minh
trường ĐHBK Hà Nội và giáo viên hướng dẫn 2: Thầy Trần Văn Chí trường Đại
Học Nông Lâm Thái Nguyên, cùng toàn thể các thầy cô của bộ môn Quá trình –

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

2.2.2. Vật liệu hấp phụ than hoạt tính 13
Phần 3: ĐỐI TƯỢNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 22
3.1.1. Đối tượng 22
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu 22
3.1.3. Dụng cụ thiết bị hóa chất nghiên cứu 22
3.1.4. Địa điểm và thời gian tiến hành nghiên cứu 24
3.1.5. Nội dung nghiên cứu 25
3.1.6. Phương pháp nghiên cứu 25
3.1.7. Phương pháp phân tích 27
3.1.8. Phương pháp sử lý số liệu 28
Phần 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29
4.1. Khảo sát quy trình tẩy màu dịch chiết cỏ ngọt: Trên cơ sở phân tích chọn lọc
các nguồn tài liệu khác nhau và các nghiên cứu trước tôi đưa ra quy trình chung
để tẩy màu cỏ ngọt bằng than hoạt tính 29
4.1.1. Nguyên liệu 30
4.1.2. Trích ly với nước cất 30
4.1.3. Dịch thô và dịch tinh 30
4.1.4. Điều chỉnh pH=10,5 30
4.1.5. Điều chỉnh về pH trung tính 30
4.1.6. Tẩy màu 30
4.2. Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian và hàm lượng than hoạt tính đến
quá trình tẩy màu dịch chiết cỏ ngọt 31
4.2.1. Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tẩy màu 32
4.2.2. Kết quả ảnh hưởng của thời gian đến quá trình tẩy màu 32
4.2.3. Ảnh hưởng của lượng than hoạt tính đến quá trình tẩy màu dịch chiết 33
Phần 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO 38
DANH MỤC CÁC BẢNG

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

0
Ctrong thời gian 30 phút 40 phút 50 phút tỷ lệ
1/10 31
Bảng 4.2: 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
0
C trong thời gian 30 phút 40 phút 50 phút tỷ
lệ 1/15 32

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1: Hình ảnh cây cỏ ngọt (Stevia Rebaudiana (Bertoni) Hemsley) 3
Hình 2.2: Cấu trúc hóa học Stevioside 8
Hình 2.3: Cấu trúc hóa học của Steviol 9
Hình 2.4: Cấu trúc hóa học của Rebaudioside A 10
Hình 2.5: Cấu trúc hóa học của Rebaudioside B 10
Hình 2.6: Cấu trúc hóa học của Rebaudioside C 11
Hình 2.7: Hình ảnh than hoạt tính 15
Hình 3.1: Hình ảnh acid citric, than hoạt tính, cỏ ngọt và vôi 23
Hình 3.2 : Máy đo quang phổ UV-6000 ; Shanghai –METASH và dụng cụ thiết bị 24
Hình 3.3 :Bộ lọc hút chân không và Bình ổn nhiệt HH-2 24
Hình 4.1 : Sơ đồ tẩy màu dịch chiết cỏ ngọt 29
Hình 4.2: Ảnh mẫu M11 và N11 sau khi tẩy màu 33
Hình 4.3: Ảnh mẫu M12 và N12 sau khi tẩy màu 34
Hình 4.4: Ảnh mẫu M21 và N21 sau khi tẩy màu 34
Hình 4.5: Ảnh mẫu M21 và N21 sau khi tẩy màu 35

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

hội như béo phì, tiểu đường, cao huyết áp, tim mạch. Nhận thức được vấn đề đó,
các nhà khoa học trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang nỗ lực tìm ra những loại
thực phẩm an toàn với cơ thể con người, cung cấp ít calo và không làm tăng lượng
đường huyết. Sau những nỗ lực tổng hợp từ các chất hóa học, chất tìm ra lại có
nguy cơ gây ung thư cho người sử dụng, chính vì thế, hướng đi được lựa chọn là
chiết xuất các hợp chất có sẵn trong thiên nhiên, nhằm hạn chế các hóa chất độc hại

2

có tác động không tốt lên cơ thể con người, cây cỏ ngọt chính là một trong số những
loại cây đang được nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực đó. [2]
Từ những lý do trên, tôi tiến hành “ Nghiên cứu quy trình tẩy màu dịch chiết
cỏ ngọt bằng than hoạt tính ” nhằm nâng cao hiệu quả tinh chế, giảm giá thành sản
phẩm, đơn giản hóa quá trình sản xuất, đồng thời an toàn với người sản xuất cũng
như người tiêu dùng.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu khảo sát quy trình và nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, thời
gian, hàm lượng than hoạt tính đến quá trình tẩy màu dịch chiết cỏ ngọt.
1.3. Mục đích nghiên cứu
Loại bỏ các tạp chất màu ảnh hưởng đến cảm quan có trong dịch cỏ ngọt
Đưa ra quy trình tẩy màu dịch chiết từ cỏ ngọt
1.3.1. Ý nghĩa khoa học
Thực hiện đề tài giúp sinh viên bổ sung kiến thức thực tiễn quan trọng cho lý thuyết đã
học nghiên cứu và công tác sau này.
Tẩy màu dịch cây cỏ ngọt, tạo sản phẩm ưa chuộng có thể thay thế các loại đường khác
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả thu được của đề tài là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo, từ đó có
thể xây dựng quy trình công nghệ tẩy màu với hiệu suất tốt nhất.
Đường này có thể dùng thay thế đường mía và đường hóa học tạo sản phẩm đường cạnh
tranh trên thị trường.

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

- Stevia salicifolia
- Stevia serrata
+ Đặc điểm của cây cỏ ngọt
Cây cỏ ngọt là một chi của khoảng 240 loài thảo mộc trong họ Asteraceae có
nguồn gốc cận nhiệt đới và nhiệt đới khu vực từ phía tây Bắc Mỹ đến Nam Mỹ. Là
một loại cây cỏ nhỏ sống lâu năm.
Thân, cành: Chiều cao thu hoạch: 0,5-0,6 m, tốt đạt 0,8-1,2 m. Thân cứng mọc
thẳng, có rãnh dọc, thân non màu xanh già có màu tím, có hệ mầm phát triển mạnh,
đường kính thân chính đạt 2,5-8 mm. Cỏ ngọt phân nhiều cành khi ra hoa mới phân
cành cấp 2,3. Cành cấp 1 thường xuất hiện từ các đốt lá cách mặt đất 10 cm, thông
thường cành từ 25-30 tổng số cành trên cây có thể đạt 140 cành.
Lá: Có màu xanh lục trên thân có 70-90 lá mọc đối, hình mũi mác hoặc hình
bầu dục, đầu tù hoặc hơi nhọn, dài 50-70 mm, rộng 10-15mm, có 3 gân chính xuất
phát từ cuống lá, mép lá có 12-16 răng cưa ở phân nửa phần trên, hai mặt có lông
trắng mịn, cuống lá rất ngắn. Lá có vị ngọt rất đậm.
Hoa: Dài 10-12mm, có mùi thơm nhẹ. Cụm hoa hình đầu, có 4-7 hoa đơn
lưỡng tính, mỗi hoa đơn hình ống có cấu trúc gồm 1 đế hoa với 5 đài màu xanh, 5
cánh tràng màu trắng khoảng 5mm hình ống, có 4-5 nhị dính trên tràng màu vàng
sáng, mùa hoa từ tháng 5 đến tháng 9.
Quả và hạt: Qủa và hạt cây nhỏ thuộc loại quả bễ, khi chín màu nâu thẫm 5
cạnh dài từ 2-2,5mm, hạt có 2 vỏ hạt có phôi nhưng nội nhũ trần vì vậy tỷ lệ nảy
mầm thấp.
Rễ: Hệ rễ chùm lan rộng ở 40cm có đọ sâu từ 20-30 cm, mọc nông từ 0-
30cm. [3]
2.1.1.3.Thành phần trong cây cỏ ngọt
Cỏ ngọt bao gồm carbohydrate (61,93% dw – trọng lượng khô), protein
(11,41% dw- trọng lượng chất khô), chất xơ thô (15,52% dw- trọng lượng chất
khô), khoáng chất (K: 21,15; Ca: 17,7; Na: 14,93; Mg: 3,26 và Cu: 0,73; Mn: 2,89;
Fe: 5,89 và Zn: 1,26) mg/100g dw và các axit amin thiết yếu. Lá tự nhiên có chứa
một hỗn hợp phức tạp của 8 deterpenoid glycosides như sau :

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

mức huyết cầu tố bình thường trong cơ thể. Hơn nữa, lá Stevia cũng có thể được sử
dụng để chống thiếu sắt, thiếu máu và rối loạn dinh dưỡng.
Bảng 2.3 : Thành phần chất khoáng trong cây cỏ ngọt [3]
Khoáng vĩ
mô
Hàm lượng
(mg/100g)
Khoáng vi
lượng
Hàm lượng
(mg/100g)
K 21,15 Cu 0,73
Ca 17,70 Mn 2,89
Na 14,93 Fe 5,89
Mg 3,26 Zn 1,26
2.1.1.5. Hàm lượng axit amin trong cây cỏ ngọt
Lá Stevia khô chứa các axit amin thiết yếu (arginin, lysine, histidine,
phenylalanine, leucine, methionine, valine, therionine và isolucine) với lượng cao
hơn so với những khuyến cáo của FAO và WHO cho người lớn hàng ngày cũng như
các axit amin không thiết yếu (aspartate, serine, glutamic, proline, glycine, alanine,
cystine và tyrosine).

7

Bảng 2.4: Thành phần axit amin của cỏ ngọt [6]
Amino axit thiết yếu Amino axit không thiết yếu
Tên
Hàm lượng(g/100g)
Tên
Hàm lượng

(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

2.1.2. Các chất tạo ngọt trong cây cỏ ngọt
2.1.2.1.2. Stevioside - Chất ngọt chính trong cây Cỏ ngọt
- Tên gọi: Stevioside
- Số đăng kí CAS: 57817-89-7
- Tên đăng kí: (4α)-13-[(2-O-β-D-Glucopyranosyl-β-D-glucopyranosyl)oxy]kaur-
16-en-18-oic acid β-D-glucopyranosyl ester
- Tên khác: Steviosin
- Công thức phân tử: C
38
H
60
O
18
- Khối lượng phân tử: 804 ,87
- Phần trăm nguyên tố: C 56 ,71%, H 7 ,51%, O 35 ,78%
- Công thức cấu tạo:

Hình 2.2: Cấu trúc hóa học Stevioside [6]

9

* Tính chất lý hóa:
- Tinh thể hút ẩm mạnh.
- Nhiệt nóng chảy : mp 198°.
- Độ ngọt gấp 300 lần so với độ ngọt của đường.
- Tan nhiều trong nước: 1 gram tan trong 800ml nước. Tan trong Dioxane. Tan
ít trong Alcohol.
- Stevioside đạt ổn định ở nhiệt độ thấp hơn 120
0
C trong 1 giờ. Khi nhiệt độ

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

O
- Công thức cấu tạo: R1 là G, R2 là G (2G)

10

Hình 2.4: Cấu trúc hóa học của Rebaudioside A [3]
Rebaudioside là chất kết tinh không màu điểm nóng chảy là 242ºC-244ºC, có
độ ngọt rất cao bằng 130- 320 lần đường Sucrose
Hàm lượng 2-4 % trọng lượng chất khô [3]
2.1.2.5. Rebaudioside B
- Công thức hóa học: C
38
H
60
O
18
.2H
2
O
- Công thức cấu tạo: R1 là H, R2 là G (2G)
Rebaudioside là chất kết tinh không màu, điểm nóng chảy 193-195ºC. Hàm
lượng rất nhỏ 0,03-0,07%

Hình 2.5: Cấu trúc hóa học của Rebaudioside B [3]
2.1.2.6. Rebaudioside C (Dulcoside-B)
- Công thức hóa học: C
44
H
70
O

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

thay đổi tùy theo các điều kiện cụ thể như quá trình điều chế và sự bảo quản cũng

12
như các hiệu ứng của nó với các vitamin, các chất có trong cơ thể như: Vitamin C,
axit thiamin, riboflavin, pyridoxin, nicotinic, các axit hữu cơ như axit axetic, axit
citric, axit tartaric, và photphoric [4]
Ở nhiều nước như Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc… Stevioside được sử
dụng nhiều làm chất ngọt thay thế như một phụ gia trong thực phẩm, nhưng ở các
nước phương Tây và Bắc Mỹ thì giá trị của Stevioside chưa được công nhận và chỉ
được dùng như một loại thực phẩm chức năng giành cho những người bị bệnh béo
phì. Do còn có nhiều tranh cãi về tác dụng của Stevioside nên mặc dù đã được biết
đến từ lâu nhưng ngày nay Stevioside vẫn tiếp tục được nghiên cứu và mở ra nhiều
hướng ứng dụng mới như một loại thuốc chữa bệnh tiểu đường. [6]
2.2. Hấp Phụ và vật liệu hấp phụ than hoạt tính
2.2.1. Hấp phụ
2.2.1.1. Định nghĩa
Hấp phụ là quá trình hút khí (hơi) hay chất tan bằng bề mặt rắn xốp. Chất khí
hay tan được hút gọi là chất bị hấp phụ, chất rắn xốp dùng để hút khí hay hơi gọi là
chất hấp phụ.
Tùy theo đặc trưng của quá trình mà ta phân loại thành hấp phụ vật lý và hấp
phụ hóa học [9]
2.2.1.2.Các dạng hấp phụ
* Hấp phụ vật lý
Lực hấp phụ là lực Van der Waals và lực liên kết Hydro
Nhiệt tỏa ra không đáng kể
Có thể hấp phụ đơn lớp hay đa lớp
Quá trình thuận nghịch hoàn toàn, cân bằng đạt được tức thời nhả dễ dàng [9]
* Hấp phụ hóa học
Lực liên kết hóa học bao gồm lực ion và lực cộng hóa trị
Nhiệt tỏa ra tương ứng với phản ứng hóa học thường hấp phụ đơn lớp

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

hoạt tính, một chất hấp phụ xốp rất tốt, với các đặc tính tuyệt vời, được ứng dụng
rộng rãi trong công nghiệp. Than hoạt tính là một thuật ngữ thường được sử dụng
cho một nhóm các chất hấp phụ dạng tinh thể, có cấu trúc dạng mao quản làm cho
diện tích bề mặt lớn, khả năng hấp phụ tốt hơn.Than hoạt tính có thành phần chủ
yếu là cacbon, chiếm từ 85 đến 95% khối lượng. Phần còn lại là các nguyên tố khác

14
như hydro, nitơ, lưu huỳnh, oxi… Có sẵn trong nguyên liệu ban đầu hoặc mới liên
kết với cacbon trong quá trình hoạt hóa. Thành phần của than hoạt tính thông
thường là: 88% C; 0.5% H; 0.5% N; 1% S và 6-7% O. Hàm lượng oxi có thể thay
đổi từ 1 đến 20% tùy thuộc vào nguyên liệu và cách điều chế than hoạt tính. Than
hoạt tính có diện tích bề mặt khoảng 800 – 1500 m
2
/g chủ yếu là do các lỗ nhỏ có
bán kính dưới 2 nm tạo ra, thể tích mao quản từ 0.2 – 0.6 cm
3
/g. Mỗi năm khoảng
150 nghìn tấn than hoạt tính dạng bột được sản xuất, cùng với khoảng 150.000 tấn
than dạng hạt và 50.000 tấn dạng viên hoặc thanh. Nhiều nguyên liệu khác nhau có
thể được sử dụng như gỗ, nhựa, đá hay các vật liệu tổng hợp để sản xuất than hoạt
tính mà không cần đưa chúng về dạng cacbon, đồng thời vẫn có được hiệu quả
tương tự. Than hoạt tính sau khi sử dụng có thể được tái sinh (làm sạch hoặc giải
hấp phụ) và có thể sử dụng hàng trăm, thậm chí hàng ngàn lần. Than hoạt tính được
sản xuất từ các nguyên liệu tự nhiên bằng cách than hóa và xử lý tiếp. Trong quá
trình này, một vài thành phần chuyển hóa thành khí và bay hơi khỏi nguyên liệu ban
đầu tạo thành các lỗ trống xốp (mao quản).[8]
2.2.2.2. Cấu tạo của than hoạt tính
Diện tích bề mặt của than hoạt tính nếu tính ra đơn vị khối thì là từ 500 đến
2500m
2

/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:

Liên kết hóa học C-C đảm bảo cho cấu trúc có độ bền cao. Số lượng các hạt
than sơ khai có cấu trúc dao động từ vài hạt đối với than có cấu trúc thấp đến 600
hạt đối với than có cấu trúc cao. Trong thời gian bảo quản của than hoạt tính các cấu
trúc bậc nhất của than tiếp xúc với nhau, liên kết lại với nhau tạo thành liên kết bậc
2 của than. Mức độ bền vững của cấu trúc bậc hai phụ thuộc vào độ bền liên kết
giữa các cấu trúc bậc nhất và dao động trong khoảng độ bền của liên kết Vandecvan
đến độ bền liên kết hydro trong than. Cấu trúc bậc hai càng bền vững khi các hạt

16
than có kích thước càng nhỏ, mức đọ nhám của bề mặt càng lớn và hàm lượng các
nhóm chứa oxy trên bề mặt than càng cao. Cấu trúc bậc hai của than hoạt tính bị
phá hủy hết khi hỗn luyện với cao su các cấu trúc này, tuy nhiên có thể tái hình
thành khi bảo quản các thành phẩm lưu hóa và ngay cả khi sản phẩm đã lưu hóa.
Cấu trúc của than hoạt tính có thể xác định trực tiếp bằng kính hiển vi điện tử.
Khối lượng riêng của than hoạt tính:
Khối lượng riêng than hoạt tính là đại lượng phụ thuộc vào phương pháp xác
định nó. Chẳng hạn nếu dùng rượu, axeton để xác định khối lượng riêng cho than
hoạt tính thì rượu và axeton lại là phân tử quá lớn không luồn lỏi vào các khe, kẽ
giữa của các hạt than, trên bề mặt của hạt than. Như vậy thể tích do các hạt than
chiếm sẽ lớn và khối lượng riêng sẽ nhỏ hơn khối lượng riêng thực của than. Khối
lượng riêng của than hoạt tính xác đinh bằng phương pháp này dao động trong
khoảng từ 1800-1900 kg/m
3
. Khi xác định khối lượng riêng của than hoạt tính trong
Heli lỏng nhận được từ giá trị 1900-2000 kg/m
3
. Khối lượng riêng của than hoạt
tính được tính toán theo hằng số mạng tinh thể nhận giá tị từ 2160-2180 kg/m
3
.

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

mức độ hoạt động hóa học lớn, vì vậy nó là trung tâm của các quá trình oxy hóa tạo
cho bền mặt than hoạt tính hàng loạt các nhóm hoạt động hóa học khác nhau. Ngoài
cacbon, trong thành phần hóa học của than hoạt tính còn có hydro, lưu huỳnh, oxy
và các chất khác. Các nguyên tử này được đưa vào than hoạt tính cùng với nguyên
liệu đầu và trong quá trình oxy hóa. Sự có mặt của các hợp chất chứa oxy trên bề
mặt than hoạt tính được chứng minh bằng phản ứng axit huyền phù trong nước của
than hoạt tính.
Bảng 2.6 Tóm tắt tính chất của một số lại than [10]
Loại
Hàm lượng phần trăm%
Cacbon Hydro Oxi Chất dễ bay hơi
Tăng cường máng 92,5 3.6 0,6 5
Bán tăng cường lò 99,2 0,4 0,3 1,2
Tăng cường Lò lỏng 98,2 0,8 0,3 1,4


18
Bảng 2.7 Thành phần nguyên tó của một số loại than hoạt tính [10]
Loại than và công
dụng
Ký
hiệu
Nguyên
liệu đầu
Đường
kính
trung
bình hạt
A
°

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

Khí thiên
nhiên
400-450 40-50 1,0 8-9
Môđun cao HMF
Dầu hoặc
Khí thiên
Nhiên
600 10-30 1,0 8-9
Bán tăng
cường
SRF
Dầu hoặc
Khí thiên
nhiên
600-800 25-30 1,0 8-9
Than lò lỏng

Chống mài
Mòn siêu cao
SAF Dầu 180-220 90-125 1,0 8-9
Tăng khả năng
Chống mài
Mòn rất tốt
ISAF Dầu 230-250 115 1,0 8-9
Độ bền kết cấu
Thấp
ISAF-
HS
Dầu 220 110-130 1,5 8-9
Tăng khả năng

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