Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình tẩy màu dịch chiết cỏ ngọt

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....................................................................................................4
LỜI CẢM ƠN..........................................................................................................5
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .................................................6
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ...........................................................................7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ................................................................9
PHẦN MỞ ĐẦU....................................................................................................11
PHẦN 1: TỔNG QUAN .......................................................................................13
1.1. Cây cỏ ngọt và Stevioside..........................................................................13

1.1.1.Cây cỏ ngọt [10,11] ............................................................................13
1.1.2.Chất ngọt Stevioside trong cây cỏ ngọt ..............................................18
1.1.3.Một số quy trình trích ly và tinh chế dịch chiết cỏ ngọt đã thực hiện 22
1.2. Quá trình hấp phụ và 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 các yếu tố ảnh hưởng và tối ưu hóa quá trình
công nghệ [13]......................................................................................................28

1.3.1.Lý thuyết về quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hoá. ............................28
1.3.2.Ứng dụng của quy hoạch thực nghiệm trong 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 và dụng cụ thí nghiệm............................................................37
2.1.4.Phương pháp phân tích.......................................................................38

Lê Thị Hồng Toan

1


2.2. Quy trình thí nghiệm.................................................................................41

2.2.1.Chuẩn bị mẫu và vật liệu hấp phụ ......................................................41
2.2.2.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ .......................43
2.2.3.Hoàn nguyên vật liệu hấp phụ ............................................................47
2.3. Xử lý kết quả ..............................................................................................47
PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................49
3.1. Thông số đặc trưng của vật liệu hấp phụ γ-Al2O3 ..................................49
3.2. Sắc ký đồ và đường chuẩn của Stevioside chuẩn ...................................52
3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ tẩy màu ...........53

3.3.1.Thí nghiệm khảo sát tỷ lệ Rắn - Lỏng và Kết quả phân tích nồng độ
Stevioside, độ hấp thụ quang trong dung dịch sau hấp phụ ....................................53
3.3.2.Thí nghiệm khảo sát thời gian hấp phụ và Kết quả đo độ hấp thụ
quang trong dung dịch sau hấp phụ .........................................................................58
3.3.3.Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ hấp phụ và Kết quả phân tích nồng độ
Stevioside, độ hấp thụ quang trong dung dịch sau hấp phụ ....................................59
3.3.4.Thí nghiệm khảo sát tốc độ khuấy và Kết quả đo độ hấp thụ quang
trong dung dịch sau hấp phụ ....................................................................................62
3.3.5.Thí nghiệm khảo sát pH và Kết quả phân tích nồng độ Stevioside, độ
hấp thụ quang trong dung dịch sau hấp phụ ............................................................63
3.4. Nghiên cứu tối ưu quá trình hấp phụ tẩy màu .......................................65

3.4.1.Kế hoạch thực nghiệm bậc một hai mức tối ưu. .................................65
3.4.2.Kiểm tra tính tương hợp của phương trình hồi quy và thực nghiệm. .68

3.4.3.Kế hoạch trực giao bậc hai .................................................................69
3.4.4.Kiểm tra tính tương hợp của phương trình hồi quy phi tuyến với thực
nghiệm......................................................................................................................72
3.4.5.Xác định chế độ tối ưu của quá trình. .................................................73
Lê Thị Hồng Toan

2


PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................77
PHỤ LỤC...............................................................................................................79
6.1. Tổng hợp vật liệu hấp phụ và Thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh
hưởng ...................................................................................................................79

6.1.1.Tổng hợp vật liệu hấp phụ ..................................................................79
6.1.2.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ .......................80
6.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm.................................................................82

Lê Thị Hồng Toan

3


LỜI CAM ĐOAN

Tác giả cam đoan rằng: Luận văn “Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình tẩy màu
dịch chiết cỏ ngọt” là công trình nghiên cứu của riêng tác giả.
Các số liệu trong luận văn được sử dụng trung thực. Kết quả nghiên cứu được
trình bày trong luận văn này chưa từng được công bố tại bất kỳ công trình nào khác.

Hà Nội, ngày 15 tháng 09 năm 2015
Tác giả luận văn

LÊ THỊ HỒNG TOAN

Lê Thị Hồng Toan

4


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này, tôi đã nhận được sự
giúp đỡ, động viên của thầy cô, bạn bè và gia đình.
Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành tới PGS.TS Trần Trung Kiên, người đã
hướng dẫn tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn. Xin cảm ơn các thầy cô và
các cán bộ ở phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ, Phòng thí nghi ệm Hóa phân tích, Phòng
thí nghiệm Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển hợp chất thiên nhiên – Trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội. Đồng thời, tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô của Bộ môn Quá
trình và Thiết bị công nghệ hóa học – Viện Kỹ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội đã giúp đ ỡ, góp ý để tôi hoàn thiện luận văn. Ngoài ra, tôi cũng xin gửi
lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã trao đổi và giúp đỡ giải quyết những
vướng mắc trong quá trình thực hiện.

Lê Thị Hồng Toan

5


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

Nội dung

Chữ viết tắt
WHO

Tổ chức Y tế thế giới

BMI

Chỉ số phát triển cơ thể

FAO

Tổ chức lương thực thế giới

HPLC

Sắc ký lỏng hiệu năng 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

6


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Thành phần chung của lá cây cỏ ngọt .... ...................................................14
Bảng 1.2: Thành phần khoáng chất trong lá cỏ ngọt....................................................15
Bảng 1.3: Các nhóm chức cụ thể đối với từng hợp chất...............................................16
Bảng 1.4: Thành phần acid amin của cỏ ngọt...............................................................17
Bảng 1.5: Thành phần chất màu của cỏ ngọt................................................................17
Bảng 2.1: Thống kê tên mẫu khảo sát tỷ lệ rắn lỏng.....................................................43
Bảng 2.2: Khảo sự thay đổi hàm lượng Stevioside sau hấp phụ .................................44
Bảng 2.3: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tới quá trình hấp phụ.............................45
Bảng 2.4: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình hấp phụ..............................45

Bảng 2.5: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy tới quá trình hấp phụ .....................46
Bảng 2.6: Khảo sát ảnh hưởng của pH tới quá trình hấp phụ ......................................47
Bảng 3.1: Màu sắc cảm quan của các dung dịch sau hấp phụ với các kích thước hạt và
nồng độ dịch chiết khác nhau.......................................................................53
Bảng 3.2: Độ hấp thụ quang tại bước sóng 480 nm của dịch sau hấp phụ với các kích
thước hạt và nồng độ dịch khác nhau...........................................................53
Bảng 3.3: Nồng độ của Stevioside trong các mẫu trước và sau khi hấp phụ...............56
Bảng 3.4: Tỷ lệ nồng độ trước và sau hấp phụ của Stevioside trong các mẫu so với
dịch trước hấp phụ.......................................................................................57
Bảng 3.5: Độ hấp thụ quang tại bước sóng 480 nm của dịch chiết sau hấp phụ với các
nhiệt độ khác nhau.......................................................................................58
Bảng 3.6: Độ hấp thụ quang tại bước sóng 480 nm của dịch chiết sau hấp phụ với các
nhiệt độ khác nhau.......................................................................................59
Bảng 3.7: Nồng độ và Tỷ lệ nồng độ trước và sau hấp phụ của Stevioside khi hấp phụ
tại các nhiệt độ.............................................................................................61
Lê Thị Hồng Toan

7


Bảng 3.8: Độ hấp thụ quang tại bước sóng 480 nm của dịch chiết sau hấp phụ với tốc
độ khuấy khác nhau .....................................................................................62
Bảng 3.9: Độ hấp thụ quang tại bước sóng 480 nm của dịch chiết sau hấp phụ với pH
khác nhau ....................................................................................................63
Bảng 3.10: Nồng độ và Tỷ lệ nồng độ Stevioside trước và sau hấp phụ trong điều kiện
pH khác nhau...............................................................................................64
Bảng 3.11: Ma trận thực nghiệm kế hoạch toàn phần hai mức tối ưu.........................66
Bảng 3.12: Kết quả thí nghiệm lặp tại tâm....................................................................67
Bảng 3.13: Ma trận thực nghiệm kế hoạch thực nghiệm trực giao của Box-Wilson....71
Bảng 3.14: Bảng kết quả thí nghiệm tại điều kiện tối ưu.............................................74

Lê Thị Hồng Toan

8


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Cây cỏ ngọt và các bộ phận chính.................................................................14
Hình 1.2: Cấu trúc chung của Stevioside và các hợp chất............................................15
Hình 1.3: Cấu trúc hóa học Stevioside..........................................................................18
Hình 1.4: Tính bền nhiệt và sự phân hủy của Stevioside rắn.......................................19
Hình 1.5: Tính bền của Stevioside trong các điều kiện pH, nhiệt độ, thời gian.........20
Hình 1.6: 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 đại lượng trong biểu thức Lamber - Beer..............................................39
Hình 2.2: Phổ hấp thụ của một chất đối với ánh sáng .................................................39
Hình 2.3: Sơ đồ khối công đoạn chuẩn bị mẫu thí nghiệm ..........................................41
Hình 2.4: Sơ đồ khối tổng hợp γ-Al2O3 tại phòng thí nghiệm bộ môn Hóa hữu cơ ..42
Hình 2.5: Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ Nitrogen (nhiệt độ -195.850°C)
của hạt γ-Al2O3 ............................................................................................49
Hình 2.6: Đồ thị phân bố kích thước mao quản theo thể tích lỗ xốp
Hình 2.7: Phân bố diện tích mao quản theo diện tích bề mặt

........................50

...................................51

Hình 3.1: Sắc ký đồ của Stevioside chuẩn ...................................................................52
Hình 3.2: Đường chuẩn của Stevioside chuẩn .............................................................52
Hình 3.3: Độ hấp thụ quang của dịch chiết chưa hấp phụ ...........................................54
Hình 3.4: Độ hấp thụ quang của dịch chiết sau khi hấp phụ với hạt 0,15-0,5 mm.....54
Hình 3.5: Độ hấp thụ quang của dịch chiết sau khi hấp phụ với hạt 0,5-1,25 mm.....55
Hình 3.6: Độ hấp thụ quang của dịch chiết sau khi hấp phụ với hạt >1,25 mm.........55

Lê Thị Hồng Toan

9


Hình 3.7: Sự phụ thuộc Tỷ lệ nồng độ Stevioside trước và sau hấp phụ theo Tỷ lệ rắn
lỏng với các kích thước hạt khác nhau.........................................................57
Hình 3.8: Khảo sát thời gian qua độ hấp thụ quang của dịch chiết sau khi hấp phụ với
hạt >1,25 mm...............................................................................................59
Hình 3.9: Khảo sát nhiệt độ qua độ hấp thụ quang của dịch chiết sau khi hấp phụ với
hạt 0,5-1,25 mm...........................................................................................60
Hình 3.10: Tỷ lệ nồng độ Stevioside trước và sau hấp phụ tại các nhiệt độ...............61
Hình 3.11: Khảo sát tốc độ khuấy qua độ hấp thụ quang của dịch chiết sau khi hấp phụ
với hạt >1,25 mm.........................................................................................62
Hình 3.12: Khảo sát ảnh hưởng của pH dịch chiết qua độ hấp thụ quang của dịch chiết
sau khi hấp phụ với hạt >1,25 mm...............................................................63
Hình 3.13: Tỷ lệ nồng độ Stevioside trước và sau hấp phụ thay đổi theo pH .............64

Lê Thị Hồng Toan

10

PHẦN MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triểu không ngừng của khoa học kỹ thuật con người đã
chuyển từ lao động cơ bắp sang lao động trí óc. Từ đó, chúng ta ngồi nhiều hơn, ít vận
động làm tăng nguy cơ mắc nhiều bệnh như béo phì, tiểu đường, tim mạch. Nguyên
nhân chính của điều này là do chúng ta thừa năng lượng. Như chúng ta đã bi ết vị “
ngọt” là một vị không thể thiếu trong cuộc sống. Các chất tạo ngọt mà con người đang
sử dụng được sản xuất chủ yếu là từ đường saccharose (đường mía), fructose (đường
mật ong)… các loại đường này sẽ tạo năng lượng khi cơ thể hấp thụ. Sử dụng nhiều sẽ
dẫn đến dư thừa, cơ thể hấp thu không hoàn toàn được hết năng lượng, từ đó gây ra
các căn bệnh như trên và một số bệnh lây truyền khác. Ngày 05/03/2014, Tổ chức Y
tế thế giới (WHO) đã thay đ ổi khuyến nghị và đề nghị giảm một nửa mức tiêu thụ
đường cho phép, mỗi người trưởng thành có chỉ số phát triển cơ thể (BMI) bình
thường không nên sử dụng quá 6 thìa cà phê đường mỗi ngày trong thực phẩm hay sử
dụng các sản phẩm có chứa nhiều đường (mật ong, nước ngọt, soda…). Với những
người mắc các bệnh liên quan thì lư ợng đường được phép sử dụng còn ít hơn nhi ều.
Để giải quyết vấn đề thêm vị ngọt vào thực phẩm mà không làm tăng năng lượng
cung cấp cũng như đảm bảo chế độ dinh dưỡng phù hợp cho từng cơ thể, phải tìm
kiếm các chất tạo ngọt thay thế cho các loại đường chứa năng lượng hiện nay. Việc
làm này đi theo hai con đường chính. Một là tổng hợp nhân tạo, tuy nhiên sau một thời
gian nghiên cứu cũng như th ực tế sử dụng đã chứng minh các chất tạo ngọt loại này
tiềm ẩn nguy cơ ung thư cao. Vì vậy, hướng thứ hai và cũng là hướng đi chính hiện
nay tập trung nghiên cứu quá trình chiết tách các hợp chất có sẵn trong thiên nhiên để
hạn chế các tác động xấu lên cơ thể. Một trong những chất tạo ngọt theo hướng này đó
là đường Stevioside chiết xuất từ lá cây 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 Stevioside nhằm

đạt hiệu suất cao hơn, rẻ tiền, không độc hại. Từ đó xây dựng được sơ đồ thiết bị tinh
chế stevioside từ 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 [10,11]
Tên khoa học: Stevia rebaudiana (Bertoni) Hemsley.
Tên đồng nghĩa: Eupatorium rebaudianum Bert.
Họ: Asteraceae (Cúc)
-

Giới thiệu chung: 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. Ngay từ những năm đầu của thế kỷ 20, người dân Paraguay đã biết sử dụng
cỏ ngọt như một loại nước giải khát. Đến những năm 70, cỏ ngọt đã b ắt đầu được dùng

rộng rãi ở Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan, Hàn Quốc và nhiều nước Đông Nam Á.
Tại Việt Nam, từ năm 1988, cỏ ngọt đã đư ợc nhập và trồng ở nhiều vùng như Hà
Giang, Cao Bằng, Hà Tây, Lâm Đồng...
- Sử dụng: Nhiều nước trên thế giới đã phát triển việc dùng loại cây này trong đời
sống. Cỏ ngọt được dùng như một loại trà dành cho những người bị bệnh tiểu đường,
béo phì hoặc cao huyết áp. Một thí nghiệm được tiến hành trên 40 bệnh nhân cao
huyết áp độ tuổi 50 cho thấy loại trà này có tác dụng lợi tiểu, người bệnh thấy dễ chịu,
ít đau đầu, huyết áp tương đối ổn định. Trong công nghiệp thực phẩm, cỏ ngọt được
dùng để pha chế làm tăng độ ngọt mà không làm tăng năng lượng của thực phẩm.
Ngoài ra, loại cây này còn đư ợc dùng trong chế biến mỹ phẩm như sữa làm mượt tóc,
kem làm mềm da. Nó vừa có tác dụng nuôi dưỡng tất cả các mô, tái tạo làn da mới vừa
chống nhiễm khuẩn, trừ nấm.
- Đặc điểm: Là một loại cây thân thảo sống lâu năm, cao 0,5-1 m. Thân cứng mọc
thẳng, có rãnh dọc, cành non và lá phủ nhiều lông trắng mịn, ít phân nhánh. Lá mọc
đối, hình mũi mác hoặc hình bầu dục, gốc thuôn, đầu tù hoặc hơi nhọn, dài 50-70 mm,
rộng 10-15 mm, có 3 gân chính xuất phát từ cuống lá, mép có răng cưa ở phân nửa
phần trên, hai mặt có lông trắng mịn, cuống lá rất ngắn. Cụm hoa hình đầu, mỗi tổng
bao có chứa 5 hoa nhỏ, tràng hình ống, màu trắng ngà, có 5 cánh nhỏ. Hoa dài 10-12
mm, có mùi thơm nhẹ. Toàn thân cây có vị ngọt, ngọt nhất ở lá, có vị ngọt đậm, vị
ngọt này chậm hơn nhưng kéo dài hơn so với đường. Quả bế, không có mào lông, hạt
Lê Thị Hồng Toan

13


không có hột nhũ. Cỏ ngọt sinh sản hữu tính qua gieo hạt, vô tính qua giâm cành, là
cây ưa ẩm, ưa sáng nhưng sợ úng, chết khi ngập nước. Mùa hoa từ tháng 5 đến tháng
9.

Hình 1.1: Cây cỏ ngọt và các bộ phận chính

- Thành phần: [2-273, 274, 275]
Thành phần chung:
Bảng 1.1: Thành phần chung của lá cây cỏ ngọt
Thành phần

% dw

Độ ẩm

5,37

Protein

11,41

Chất béo
Chất xơ thô

3,73
15,52
7,41

Tro
Carbohydrates

61,93

Đường khử

5,88

Đường không khử

9,77

Tổng số carbohydrates hòa tan

Lê Thị Hồng Toan

15,65

14


Thành phần khoáng chất:
Bảng 1.2: Thành phần khoáng chất trong lá cỏ ngọt
Hàm lượng
Khoáng vĩ mô

(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

Thành phần chất ngọt [3-2,3]: Lá tự nhiên có chứa một hỗn hợp phức tạp của
Stevioside và các hợp chất liên quan:

Hình 1.2: Cấu trúc chung của Stevioside và các hợp chất

Lê Thị Hồng Toan

15


Bảng 1.3: Các nhóm chức cụ thể đối với từng hợp chất
STT Tên hợp chất

R1

R2

1

Steviol

H

H

2

Steviolbioside

H

β-Glc-β-Glc(2→1)

3

Stevioside

β-Glc

β-Glc-β-Glc(2→1)

4

Rebaudioside A

β-Glc

β-Glc-β-Glc(2→1)
|
β-Glc(3→1)

5

Rebaudioside B

H

β-Glc-β-Glc(2→1)
|
β-Glc(3→1)

6

Rebaudioside C
(Dulcoside B)

β-Glc

7

Rebaudioside D

β-Glc-β-Glc(2→1)

8

Rebaudioside E

β-Glc-β-Glc(2→1)

β-Glc-β-Glc(2→1)

β-Glc-α-Rha(2→1)
|
β-Glc(3→1)
β-Glc-β-Glc(2→1)
|
β-Glc(3→1)

9

Rebaudioside F

β-Glc

β-Glc-β-Xyl(2→1)
|
β-Glc(3→1)

10

Dulcoside A

β-Glc

β-Glc-α-Rha(2→1)

+ Thành phần các acid amin: các dữ liệu cho thấy lá Stevia khô chứa các acid
amin thiết yếu (arginin, lysine, histidine, phenyl alanine, 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 cá c acid amin không thiết yếu (aspartate,
serine, glutamic, proline, glycine, alanine, cystine và tyrosine). Kết quả tương tự báo

Lê Thị Hồng Toan

16


cáo rằng có 20 amino acid, 9 acid amin được xác định là acid glutamic, aspartic acid,
lysine, serine, isoleucine, alanine, proline, tyrosine và methionine.
Bảng 1.4: Thành phần acid amin của cỏ ngọt
Amino acid thiết yếu

Amino acid không thiết yếu

Hàm lượng
(g/100g)

Tên

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

+ 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 hữu cơ có chứa nhóm chức phenol (còn gọi là
phenolic) gây màu, mùi và vị sai khác so với stevioside nguyên chất. Màu nâu, vàng
trong dịch chiết do các phenolic, trong khi màu xanh do chlorophyll và xanthophyll
góp vào tạo ra. Mùi của dịch chiết gây bởi các hợp chất hữu cơ kém ổn định. Ngoài vị
ngọt của stevioside còn có các hợp chất polyphenol gây nên dư vị đắng (hợp chất
phenol cao phân tử) và chát (hợp chất phenol có khối lượng phân tử nhỏ). Vì vậy, quá
trình tinh chế dịch chiết cỏ ngọt để loại bỏ các tạp chất này ngoài làm mất màu còn
làm giảm các dư vị đắng và chát cũng như mùi của dịch.

1.1.2. Chất ngọt Stevioside 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: C38H60O18.
- Công thức cấu tạo:

Hình 1.3: Cấu trúc hóa học Stevioside

Lê Thị Hồng Toan

18


- Khối lượng phân tử: 804,87.
- Thành phần các nguyên tố: C 56,71%; H 7,51%; O 35,78%.
- Tính chất lý hóa: [2-278]
Tính bền của Stevioside rắn tại các nhiệt độ:

Hình 1.4: Tính bền nhiệt và sự phân hủy của Stevioside rắn
Thí nghiệm với 50mg bột stevioside trong máy gia nhiệt với khoảng nhiệt độ 40200oC, thời gian 1 giờ với mỗi nhiệt độ, cho thấy stevioside ít bị phân hủy với nhiệt độ
thấp hơn 120oC, đến nhiệt độ 140oC bắt đầu thấy sự phân hủy nhiệt và tại 200oC thì bị
phân hủy hoàn toàn. Vì vậy, các quá trình tách, tinh chế và sử dụng Stevioside cần lưu
ý nhiệt độ không được vượt quá 120oC.

Lê Thị Hồng Toan

19


+ Tính bền của Stevioside ở các pH và nhiệt độ khác nhau:

Hình 1.5: Tính bền của Stevioside trong các điều kiện pH, nhiệt độ, thời gian
Thí nghiệm với các mẫu dung dịch Stevioside (nồng độ 0,5 g/l) trong khoảng pH
2 - 10, thời gian 2 giờ, tại nhiệt độ 60oC cho thấy nồng độ Stevioside trong dung dịch
giảm không đáng kể. Tại 80oC có sự giảm nhẹ (dưới 5% trong 2 giờ). Trong điều kiện
acid mạnh (pH = 1,0) nồng độ Stevioside giảm đáng kể, nếu giữ nhiệt trong 2 giờ thì
Stevioside bị phân hủy hoàn toàn.
Sự ổn định của Stevioside trong môi trường acid hữu cơ:

Hình 1.6: Sự ổn định của Stevioside trong các dung dịch acid (10 g/l), thời gian
lưu trữ 4 tháng, nhiệt độ phòng (25oC ± 2)
Lê Thị Hồng Toan

20


Thí nghiệm với dung dịch Stevioside nồng độ 10 g/l trong các dung dịch acid
acetic (pH 2,6), acid citric (pH 2,1) và acid tartaric (pH 2,1), độ giảm stevioside là 2%,
22% và 33% sau 4 tháng bảo quản. Như vậy Stevioside ổn định với điều kiện bảo quản
trong dung dịch có tính acid trung bình như dung dịch acid acetic.
- Độ hòa tan: Một số nghiên cứu cho thấy Stevioside hòa tan tốt trong methanol,
ethanol và ít hòa tan trong nước. Một số nghiên cứu khác chỉ ra rằng, Stevioside ít tan
trong hexan, không hòa tan trong aceton, cloroform và ether. Theo báo cáo nghiên cứu
của bộ môn Hoá hữu cơ thì 1 gram tan trong 800ml nước [7-8].

Lê Thị Hồng Toan

21


1.1.3. Một số quy trình trích ly và tinh chế dịch chiết cỏ ngọt đã thực hiện
- Tinh chế bằng Ethanol (sơ đồ được thực hiện tại Phòng Kỹ thuật, Công ty Cổ
phần Hóa dược Việt Nam)

Ethanol
65o

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,
chưng chân không để thu hồi dung môi ethanol rồi cô tới dịch đặc (còn lại khoảng
18% thể tích) sau đó lọc. Loại lipid bằng ether dầu. Dịch sau khi đã loại bỏ lipid đưa đi
chưng cách thủy để tách ether dầu. Chiết Stevioside bằng n-butanol bão hòa nước, cho
đến khi dịch nước không còn stevioside (khoảng 6 lần). Rửa dịch n-butanol bằng nước
bão hòa n-butanol. Cất thu hồi n-butanol và cô đặc. Cuối cùng trích ly bằng methanol
vừa đủ rồi kết tinh ở nhiệt độ -5oC.
Ưu điểm:
 Stevioside thu được tương đối tinh khiết.
Nhược điểm:
 Lượng Stevioside thu được ít, dễ bị 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 dung môi nước
Lê Thị Hồng Toan

23