XÂY DỰNG GIẢI PHÁP TẬN DỤNG BÃ CÀ PHÊ LÀM CHẤT HẤP THU Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG VÀ THU NHẬN HOẠT CHẤT ỨC CHẾ SINH VẬT GÂY HẠI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

 
 
 
 

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
XÂY DỰNG GIẢI PHÁP TẬN DỤNG BÃ CÀ PHÊ
LÀM CHẤT HẤP THU Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG
VÀ THU NHẬN HOẠT CHẤT ỨC CHẾ SINH VẬT GÂY HẠI

Ngành học

: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THỊ HƯƠNG LAN
Niên khóa

: 2009 - 2013

Tháng 6/2013
 
 


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

XÂY DỰNG GIẢI PHÁP TẬN DỤNG BÃ CÀ PHÊ
LÀM CHẤT HẤP THU Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG
VÀ THU NHẬN HOẠT CHẤT ỨC CHẾ SINH VẬT GÂY HẠI

Hướng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

TS. BÙI MINH TRÍ

NGUYỄN THỊ HƯƠNG LAN

Tháng 6/2013
 
 


LỜI CẢM ƠN
Sau sáu tháng thực hiện khóa luận tốt nghiệp, lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng
biết ơn sâu sắc nhất tới Thầy Bùi Minh Trí, người đã định hướng đề tài nghiên cứu,
luôn quan tâm, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để em thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp.
Kính chúc Thầy luôn hạnh phúc trong cuộc sống.
Trên hết con xin bày tỏ lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc đến gia đình. Cám
ơn Cha mẹ đã sinh thành, dưỡng dục, cho con được đến trường, đến với giảng đường
đại học. Cám ơn Cha mẹ đã luôn động viên, là chỗ dựa tinh thần cho con khi con gặp
khó khăn. Em xin gửi lời cám ơn đến Anh Chị đã quan tâm và ủng hộ tinh thần cho em.
Em xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm, Tp. Hồ

Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập.
Em xin trân trọng cảm ơn các Thầy, Cô thuộc Bộ môn Công nghệ sinh học, cùng
các Thầy, Cô của trường Đại học Nông Lâm, Tp. Hồ Chí Minh đã truyền đạt những kiến
thức,những kinh nghiệm quý báulàm hành trang cho em vững bước trên đường đời. Đặc
biệt, em xin gửi lời cám ơn chân thành, lời chúc sức khỏe đến cô Tô Thị Nhã Trầm, người
đã quan tâm, động viên và giúp em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp.
Tôixin gửi lời cảm ơn đến bạn Quản Thị Thu và bạn Nguyễn Ngô Yến Ngọc đã
giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp, cùng các Anh Chị
đang công tác tại phòng Công nghệ sinh học thực vật đã quan tâm, động viên và chia
sẻ những kinh nghiệm trong học tập cũng như trong cuộc sống.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013
Sinh viên

Nguyễn Thị Hương Lan

i 

 


TÓM TẮT
Bã cà phê-chất thải rắn thu được từ bột cà phê sau khi nhúng trong nước nóng để
chuẩn bị cà phê hòa tan - là một loại vật liệu lignocellulose, với cấu trúc xốp, nhiều lỗ
trống, có khả năng hấp phụ tốt các kim loại nặng trong nước thải. Trong bã cà phê
cũng còn hiện diện nhiều alkaloid, các thành phần kháng sinh lý như tannin, axit
chlorogenic. Đây cũng là những độc tố có tác dụng ngăn cản một số sinh vật gây hại.
Nghiên cứu nàyđược thực hiện nhằm xây dựng quy trình chiết xuất alkaloid từ bã cà
phê, sau đó sử dụng chất rắn làm vật liệu hấp thu kim loại nặng và thu nhận tổng
alkaloid để ức chế vi sinh vật gây hại.
Đề tài nghiên cứu được thực hiện trên ba nội dung chính gồm xác định điều kiện

tối ưu cho quá trình tách chiết alkaloid bằng phương pháp chiết xuất trên hệ thống
Soxhlet và Microwave; sau đó đánh giá hiệu quả hấp thukim loại nặngbằng phương
pháp hấp phụ trên cột và đánh giá khả năng ức chế sinh vật gây hại bởi alkaloid được
chiết xuất từ bã cà phê bằng phương pháp khuếch tán trên thạch.
Sau khi tiến hành chiết xuất alkaloid trên hệ thống Soxhlet với tỉ lệ vật liệu/thể tích
dung môi là 1:25 ở 40oC đã nhận được khối lượng tổng alkaloid cao nhất. Hiệu quả sẽ gia
tăng khi xử lý bằng sóng microwave trong 3 phút. Thêm vào đó, chất rắn thu được từ quá
trình chiết alkaloid được tận dụng làm chất hấp thu kim loại nặng với hiệu suất hấp thu
cao nhất ở tốc độ dòng chảy bằng 2 ml/phút, tỉ lệ vật liệu/thể tích Cr (VI) bằng 1:75 g/ml
và pH dung dịch bằng 2. Hoạt tính ức chế vi sinh vật gây hại bởi tổng alkaloid chiết xuất
được từ bã cà phê đạt cao nhất ở nồng độ 600 ppm với vòng ức chế tương ứng là 1,43 cm.
 

ii 

 


SUMMARY
The thesis "Developing solutions for the use of coffee grounds to absorb heavy
metals and antimicrobial substance extract".
Coffee grounds - the solid waste matters after brewing coffee, are lignocellulosic
material with porous structure that is thought of possiblity to absorb heavy metals in
wastewater. Besides, coffee grounds also consist of many alkaloids such as caffeine
and antiphysiological components including tannin, chlorogenic acid which are
considered as toxic compounds against diverse pests. This research aimedto develop a
procedurefor extracting alkaloids and then using the coffee grounds as a heavy metal
absorbent.The research had three major parts. The first part was determining the
optimal conditions for the extraction of alkaloids bythe Soxhlet methodand Microwave
system. The second one was assessing heavy metal absorbionability of coffee ground

in a column. The third part was evaluating microbial suppression activity of alkaloids
extracted from the coffee grounds using agar diffusion method.After the extraction of
alkaloids by Soxhlet methodwith the material/solvent ratio (volume/volume) was 1:25
at 40oC. The total amount of alkaloids harvested and the collected solid were higher
when usingmicrowave extraction method. In addition, the solid obtained from the
extraction processwas utilized as adsorbents for heavy metal with the highest
adsorption capacity a flow rate of 2 ml per minute, the ratio between materials/Cr (VI)
(volume/volume) was 1:75 g/ml and pH 2. Finally, inhibitory activity of harmful
organisms by the alkaloid derived from coffee grounds at concentration of 600 mg/ml
with diameter of growth inhibition reached 1.43 cm.
Key words: coffee grounds, total alkaloids, Cr (VI), antimicrobial activity.

iii 

 


MỤC LỤC
Trang
Lời cám ơn ........................................................................................................................ i 
Tóm tắt .............................................................................................................................ii 
Summary ........................................................................................................................ iii 
Mục lục ........................................................................................................................... iv 
Danh sách các chữ viết tắt .............................................................................................. vi 
Danh sách các bảng .......................................................................................................vii 
Danh sách các hình ...................................................................................................... viii 
Chương 1 MỞ ĐẦU .................................................................................................... viii 
1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................................. 1 
1.2 Yêu cầu của đề tài...................................................................................................... 2 
1.3 Nội dung thực hiện .................................................................................................... 2 

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................................... 3 
2.1. Tổng quan về bã cà phê ............................................................................................ 3 
2.1.1 Thành phần của bã cà phê ...................................................................................... 3
2.1.2. Công dụng và tình hình nghiên cứu tận dụng bã cà phê ....................................... 5
2.1.2.1 Công dụng của cafein hiện diện trong bã cà phê ................................................. 5
2.1.2.2 Tình hình nghiên cứu tận dụng bã cà phê trong và ngoài nước .......................... 6 
2.2. Tổng quan về alkaloid .............................................................................................. 6 
2.2.1. Khái niệm về hợp chất alkaloid ............................................................................. 6 
2.2.1.1 Định nghĩa ........................................................................................................... 6 
2.2.1.2 Tính chất cơ bản của alkaloid .............................................................................. 6 
2.2.2. Các phương pháp chiết alkaloid và ứng dụng ....................................................... 6 
2.2.3. Phương pháp định tính alkaloid trong dịch chiết .................................................. 8 
2.2.3.1 Phản ứng tạo tủa .................................................................................................. 8 
2.2.3.2 Phản ứng tạo màu ................................................................................................ 9 
2.2.4. Các phương pháp định lượng alkaloid sau khi chiết xuất ..................................... 9 
2.2.4.1 Phương pháp cân ................................................................................................. 9 
2.2.4.2 Phương pháp trung hòa...................................................................................... 10 
2.2.4.3 Định lượng alkaloid trong môi trường khan...................................................... 10 
2.2.4.4 Phương pháp so màu ......................................................................................... 10 
2.2.4.5Phương pháp định lượng alkaloid hiện đại......................................................... 11 
2.2.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về ảnh hưởng của alkaloid đến sinh vật .... 11 
2.3. Tổng quan về crom ................................................................................................. 12 
2.3.1 Giới thiệu về crom ................................................................................................ 12 
2.3.2 Tính chất hóa học của crom.................................................................................. 12 
2.3.3. Ảnh hưởng của crom đối với sinh vật ................................................................. 13 
2.3.3.1 Ảnh hưởng của crom đối với động và thực vật ................................................. 13 
2.3.3.2 Ảnh hưởng của crom đối với con người............................................................ 13 
2.3.4 Tình hình nghiên cứu xử lý crom trong và ngoài nước ........................................ 14 
Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................... 16 
3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ........................................................................... 16 

3.2Vật liệu ..................................................................................................................... 16 
3.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 16 
3.3.1. Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình tách chiết alkaloid từ bã cà phê ........... 16 
iv 

 


3.3.1.1 Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ và tỉ lệ nguyênliệu/chloroform .................... 16 
3.3.1.2 Xác định ảnh hưởng của chế độ xử lý Microwave (cường độ và thời gian) ....... 18 
3.3.2. Đánh giá hiệu quả hấp thu Cr (VI) của bã cà phê sau khi tách chiết alkaloid .... 18 
3.3.2.1 Xác định ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy đến hiệu quả hấp thu Cr (VI) ........ 18 
3.3.2.2 Xác định ảnh hưởng của tỉ lệ vật liệu/thể tích đến hiệu quả hấp thuCr (VI).......... 19 
3.3.2.3Xác định ảnh hưởng pH đến hiệu quả hấp thu Cr (VI) ...................................... 19 
3.3.3 Đánh giá tác động của tổng alkaloid đến sinh vật gây hại ................................... 21 
3.4 Xử lý số liệu ............................................................................................................ 21 
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................... 22 
4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và tỉ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu quả tách chiết ..... 22 
4.2 Ảnh hưởng của chế độ xử lý Microwave (cường độ và thời gian) đến hiệu quả tách chiết.... 22 
4.3 Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảyđến hiệu quả hấp thuCr (VI)............................... 25 
4.4 Ảnh hưởng của tỉ lệ vật liệu/thể tích đến hiệu quả hấp thuCr (VI) ............................. 26 
4.5 Ảnh hưởng pH đến hiệu quả hấp thu Cr (VI) .......................................................... 27 
4.6 Ảnh hưởng của của các nồng độ alkaloid đến nấm P.chrysospirium ..................... 28 
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .......................................................................... 30
5.1 Kết luận.................................................................................................................... 30 
5.2 Đề nghị .................................................................................................................... 30 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 31
Phụ lục

v 

 


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BCP

Bã cà phê

CE

Capilary electropherosis

HPLC

High performance liquid chromatography

MAE

Microwave assisted extraction

PGA

Potato glucose agar

pHzpc

pH of zero point of charge

SEM

Scanning electron microscope

vi 

 


DANH SÁCH CÁC BẢNG
 

Trang
Bảng 2.1Các thành phầncơ bản của bã cà phê ................................................................ 3 

 

Bảng 3.1Các thông số nhiệt độ và tỉ lệ nguyên liệu/dung môi ........................................... 17 
Bảng 3.2Các chế độ xử lý Microwave ở các công thức thí nghiệm ............................. 18 
Bảng 3.3 Thông số tốc độ dòng chảy của dung dịch Cr (VI) ....................................... 18 
Bảng 3.4Tỉ lệ vật liệu/thể tích dung dịch Cr (VI) ở các công thức thí nghiệm ............ 19 
Bảng 3.5Giá trị pH của dung dịch Cr (VI) ở các công thức thí nghiệm ....................... 21 
Bảng 3.6Các nồng độ alkaloid xử lý nấm P.chrysospirium ......................................... 21 
Bảng 4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và tỉ lệ BCP/dung môi đến khối lượng alkaloid ......... 21 
Bảng 4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và tỉ lệ BCP/dung môi đến khối lượng chất rắn .... 21
Bảng 4.3 Ảnh hưởng của chế độ xử lý Microwave đến khối lượng alkaloid ............... 23
Bảng 4.4 Ảnh hưởng của chế độ xử lý Microwave đến khối lượng chất rắn ............... 23
Bảng 4.5 Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy đến hiệu quả hấp thu Cr (VI)................... 26 
Bảng 4.6Ảnh hưởng của tỉ lệ BCP/thể tích đến hiệu quả hấp thuCr (VI) .................... 26 
Bảng 4.7 Ảnh hưởng pH đến hiệu quả hấp thu Cr (VI) ................................................ 27 
Bảng 4.8 Ảnh hưởng của các nồng độ alkaloid đến nấmP.chrysospirium ................... 28

vii 

 


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1 Hình ảnh SEM của bã cà phê (bar = 100 µm). ................................................ 3 
Hình 2.2 Cấu trúc hóa học của cafein. ............................................................................ 4 
Hình 2.3Sơ đồ quy trình tách chiết alkaloid bằng dung dịch nước axit. ........................ 8
Hình 3.1 Quy trình khảo sát tốc độ dòng chảy của dung dịch Cr (VI) ......................... 18
Hình 4.1 Quy trình chiết alkaloid bằng phương pháp chiết với sự hỗ trợ Microwave . 24
Hình 4.2 Ảnh hưởng của tổng alkaloid đến nấm Phanerochaete chrysosporium ........ 29

viii 

 


Chương 1 MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Hiện nay, sự hiện diện của kim loại nặng trong nguồn nước thải công nghiệp đang
là vấn đề đáng lo ngại (Thomas và ctv, 2008) bởi tính chất độc hại và khả năng tích lũy
lâu dài trong cơ thể sống (Ghodbane và Hamdaoui, 2008). Đáng chú ý nhất đó là crom.
Crom thường tồn tại trong nước thải của các ngành công nghiệp mạ điện, thuộc da, dệt
nhuộm, có nồng độ dao động từ 10 đến 100 mg/l (Dermou và ctv, 2005). Cr (VI) thường
độc hơn Cr (III) (Lalvani và ctv, 1998) bởi vì Cr (VI) có khả năng gây ung thư và đột
biến gen (Xu Han và ctv, 2006). Vì vậy, cần phải có các biện pháp nhằm loại bỏ crom
hoặc làm giảm sự ô nhiễm bằng cách oxi hóa Cr (VI) thành Cr (III) (Owladvà ctv, 2009)

trong nước thải công nghiệp trước khi thải ra môi trường tự nhiên.
Một số phương pháp thường sử dụng để loại bỏ crom trong nước thải công
nghiệp như kỹ thuật kết tủa, trao đổi ion và màng lọc. Tuy nhiên, những phương pháp
này không mang lại hiệu quả hay lợi ích kinh tế khi nồng độ kim loại nặng dao động
trong khoảngtừ 1 đến100 mg/l (Xu Han và ctv, 2006).
Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu tập trung sử dụng các vật liệu hấp
phụ giá rẻ được chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp như tro trấu, bã mía, xơ dừa(Thomas
và ctv, 2008) trong việc xử lý nguồn nước bị ô nhiễm bởi kim loại nặng nhưng bã cà
phê ít được chú ý tới.
Bã cà phê là chất thải rắn thu được từ bột cà phêđã qua sử dụng. Một số nghiên
cứu cho thấy bã cà phê có cấu trúc rỗng với nhiều lỗ trống có đường kính nhỏ khoảng 30
µm (Ivo và ctv, 2012), có thể dự đoán đây là loại vật liệu lọc lý tưởng. Ngoài ra, các
nhóm chức năng carboxyl, hydroxyl trong thành phần chính lignocellulose của bã cà phê
có khả năng liên kết tốt với các ion kim loại (Garima và Dhiraj, 2013) hiện diện trong
nước thải công nghiệp. Vì thế bã cà phê có thể trở thành vật liệu hấp phụ các kim loại
nặng trong nước thải, với ưu điểm là nguồn vật liệu dễ kiếm, sinh khối dồi dào và giá rẻ.
Mặt khác, bã cà phê còn chứa đựng nhiều alkaloid, chủ yếu là cafein. Các nghiên
cứu cho thấy cafein có tác dụng trên một số loài sinh vật gây hại như ốc sên, ấu trùng
muỗi và nhiều nhóm vi sinh vật (Marluci và Hermione, 2007). Việc tận dụng nguồn
alkaloid được chiết xuất từ bã cà phê sẽ là một hướng ứng dụng mới trong lĩnh vực kiểm

1

 


soát các sinh vật gây hại khi vấn đề kháng kháng sinh, kháng thuốc trừ sâu đang ngày
càng gia tăng và việc sử dụng ồ ạt đang tác động tiêu cực đến môi trường tự nhiên.
Hơn nữa, ở Việt Nam, hàng ngày, một lượng lớn bã cà phê từ các hộ gia đình,
nhà hàng, quán cà phê,được thải ra môi trường nhưng có rất ít công trình nghiên cứu

tận dụng nguồn sinh khối dồi dào này. Chính vì lý do đó, đề tài “Xây dựng giải pháp
tận dụng bã cà phê làm chất hấp thu kim loại nặng và thu nhận hoạt chất ức chế sinh
vật gây hại” được thực hiện nhằm xây dựng quy trình chiết xuất alkaloid từ bã cà phê,
sau đó sử dụng chất rắn làm vật liệu hấp thu kim loại nặng và thu nhận tổng alkaloid
để ức chế sinh vật gây hại.
1.2 Yêu cầu của đề tài
Xây dựng quy trình phân tách bã cà phê để thu nhận thành phần có khả năng hấp
thu kim loại nặng và ức chế sinh vật gây hại.
Hấp thu kim loại nặng từ nguồn nước thải nhân tạo bằng chất rắn thu được sau
quá trình tách chiết.
Ức chế sinh vật gây hại bằng hợp chất alkaloid được chiết xuất từ bã cà phê.
1.3 Nội dung thực hiện
Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách chiết alkaloid từ bã cà phê
bằng cách chiết trên hệ thống Soxhlet và với sự hỗ trợ của microwave, nhằm xây dựng
và tối ưu hóa quy trình phân tách.
Thu nhận chất rắn và đánh giá hiệu quả hấp thu kim loại nặng thông qua việc
khảo sát các yếu tố như tốc độ dòng chảy của dung dịch Cr (VI), tỉ lệ vật liệu/thể tích
dung dịch và các giá trị pH, bằng phương pháp hấp phụ trên cột.
Thử nghiệmcác nồng độalkaloid sau quá trình tách chiết để ức chế một loại nấm
gây hại thực vật bằng phương pháp khuếch tán trên thạch.

2

 


Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về bã cà phê
2.1.1 Thành phần của bã cà phê
Bã cà phê–chất thải rắn thu được từ bột cà phê đã qua sử dụng, là chất thải chủ

yếu của ngành công nghiệp cà phê. Trung bình mỗi năm trên thế giới có khoảng sáu
triệu tấn bã cà phê được tạo ra (Tokimoto và ctv, 2005).
Bã cà phê có thể được xem như là vật liệu lignocellulose (Bảng 2.1), có khả năng
tách kim loại nặng hòa tan trong nước thải nhờ vào cấu trúc xốp, nhiều lỗ hổng có
đường kính nhỏ khoảng 30 µm (Hình 2.1) (Ivo và ctv, 2012).
Bảng 2.1Các thành phầncơ bản của bã cà phê
Thành phần

Giá trị
Độ ẩm (%)

12,20

Carbon tổng số (%)

52,20

Nitơ tổng số (%)

2,10

Protein (g protein/100 g)

13,30

Tro (%)

1,43

Cellulose (%)

13,80

Lignin tổng số (%)

33,60

Năng lượng (MJ/kg)

4619,2
(Caetano, Silva và Mata, 2013)

Hình 2.1 Hình ảnh SEM của bã cà phê (bar = 100 µm) (Ivo và ctv, 2012)
3

 


N
Ngoài
ra, bã
b cà phê cò
òn bao gồm
m một số alkkaloid như cafein,các hợp chất khháng
oxi hóa
h như axxit chlorogeenic (42,2%
%), epicateechin (21,6%
%), axit issochlorogennic I
(5,7%
%) và axit isochlorogen

nic II (19,33%), những
g hợp chất này có thểể bảo vệ tế bào
động vật chống lại sự đột biến
b
sinh ddưỡng (nhữnng biến đổii di truyền xảy ra tronng tế
bào siinh dưỡng)) liên quan đến bệnh uung thư (R
Richelle và ctv, 2001) và một số axit
khác có
c tác dụng
g kháng vi sinh
s
vật (khháng khuẩn và kháng vvirus) như axit
a caffeic,, axit
chloro
ogenic và ax
xit protocattechnic (Doogasaki và ctv,
c 2002).
C
Cafein
(1,3,7–trimethyylxanthine) là một loại alkaloid chhính được tììm thấy ở nhiều
n
loại th
hực phẩm và
v thức uống mà chúngg ta sử dụng
g trong cuộộc sống hằn
ng ngày (Muumin
và ctv
v, 2006; Singh và Sahu, 2006; Najafi và ctv, 2003).
2
Trong tự nhiên, cafein đượcc tìm

thấy ở các bộ phhận của câyy như lá, hạtt hay quả thhuộc 63 loàài thực vật (Mumin vàà ctv,
2006)). Tuy nhiên
n, cafein chủ
ủ yếu có ở cây
c cà phê, hạt
h coca, quuả cola và láá trà (Mumiin và
ctv, 2006). Công
g thức hóa học
h của cafe
fein là C8H10N4O2 và cấu trúc hóaa học được ttrình
bày trrong hình 2..2. Cafein tiinh khiết khhông màu, dạng
d
bột màu
m trắng, trọng lượng pphân
tử là 194,19 g, với
v điểm nó
óng chảy 2336oC, thăng
g hoa ở 1788oC và giá trị
t pH dao động
đ
umin và ctvv, 2006; Clarrke và Macare, 1985).
trong khoảng từ 6 đến 9 (Mu

Hình
h 2.2 Cấu trrúc hóa họcc của cafeinn
(htttp://vi.wikippedia.org/wikki/Caffein)

T
Thành
phần

n cafein trong mỗi loàii thực vật rấất khác nhaau (Silvarolla và ctv, 2004;
2
Ky vàà ctv, 2001)). Ở giống cà
c phê Robbusta (Coffeea canephorra) có khoảảng2,2% caafein,
còn ở giống cà phê Arabicca (Coffea arabica) có khoảng 00,6 – 1,9%
% cafein (Beelay,
2010; Belay và ctv,
c 2008; Clarke
C
và M
Macare, 1985
5; Franca vàà ctv, 2005)).

4


2.1.2. Công dụng và tình hình nghiên cứu tận dụng bã cà phê trong và ngoài nước
2.1.2.1 Công dụng của cafein hiện diện trong bã cà phê
Bã cà phê còn chứa một lượng nhỏ các alkaloid, chủ yếu là cafein. Tùy theo nồng
độ sử dụng,cafein sẽ gây ra một số tác động tiêu cực đến sinh lý và tâm lý của con người.
Khi tiêu thụ một lượng lớn cafein sẽ gây mỏi cơ, kích thích hệ thống thần kinh trung
ương, tăng bài tiết axit gastric và lợi tiểu (Zhang và ctv, 2005; Minamisawa, 2004;
Yukawa, 2004;Bolton và Null, 1981). Ngoài ra , khi nồng độ cafein trong cơ thể sống
tăng cao có thể dẫn đến một số rối loạn như bệnh tim mạch, rối loạn chức năng thận,
bệnh hen suyễn, thói quen ngủ, hiệu suất làm việc, sự tập trung (Najafi và ctv,
2003;Zhang và ctv, 2005; Bolton và Null, 1981; Singh và Sahu, 2006). Cafein có xu
hướng hấp thụ nhanh, hoàn toàn từ đường ruột và được loại thải ra khỏi vòng tuần hoàn
máu khi được chuyển hóa thành dẫn xuất của axit uric và diaminourcil (Abebe, 2011).
Nghiên cứu ở Brazil cũng chỉ ra rằng cafein có ảnh hưởng tiêu cực đến sự phát
triển của loài Aedes (Stegoymyia) aegypti L. (Laranja và ctv, 2003).

Do đó việc tận dụng nguồn alkaloid trong bã cà phê làm chất kháng sinh vật gây
hại sẽ là một giải pháp thay thế hiệu quả khi tình hình kháng kháng sinh ở sinh vật gia
tăng và việc sử dụng với liều lượng cao đang tác động mạnh đến môi trường tự nhiên.
2.1.2.2Tình hình nghiên cứu tận dụng bã cà phê trong và ngoài nước
Theo Silva và ctv (1998), bã cà phê được tái sử dụng làm nhiên liệu trong các lò hơi
công nghiệp do nhiệt lượng tỏa ra cao vào khoảng 5000 kcal/kg, là nguồn nguyên liệu
kháng oxy hóa (Yen và ctv, 2005), hoặc như một nguồn polysaccharide với hoạt tính kích
thích miễn dịch (Simoes và ctv, 2009). Kondamudi và ctv (2008) đã chứng minh rằng bã
cà phê có thể được tái sử dụng để sản xuất diesel sinh học và nhiên liệu dạng bánh.
Bã cà phê là nguồn nguyên liệu sẵn có, sinh khối dồi dào và giá rẻ. Ngoài ra,
trong thành phần cơ bản của bã cà phê chủ yếu chứa cellulose và hemicellulose
(Solange và ctv, 2011). Do đó, bã cà phê được sử dụng để loại bỏ thuốc nhuộm ở dạng
cation trong xử lý nước thải (Franca và ctv, 2009), làm chất hấp thụ kim loại nặng như
Cd, Cu, Pb, Zn, Cr và Ni (Azouao và ctv, 2010; Boonamnuayvitaya và ctv, 2004;
Ozdes và ctv, 2009; Sari và ctv, 2007, 2008), formaldehyde (Boonamnuayvitaya và ctv,
2005), phenol (Namane và ctv, 2005).
Mặt khác, bã cà phê chế phin và bã cà phê công nghiệp chứa lần lượt 19,95% và
19,75% dầu. Dầu từ bã cà phê có hàm lượng axit không bão hòa khá cao (60,2% và
5

 


54,07%); trong đó, hàm lượng axit béo không bão hòa đa lần lượt là 33,26% và42,5%.
Bã cà phê được cho là cơ chất thích hợp để nuôi trồng nấm Linh Chi. Khối lượng tươi
quả thể nấm Linh Chi thu được trên cơ chất chứa 100% bã cà phê là31,7%, cao hơn
nhiều so với nấm Linh Chi trồng trên môi trường đối chứng trong điều kiện thí nghiệm
(Chu Thị Bích Phượng và ctv, 2012). Ngoài ra, nghiên cứu của Nguyễn Văn Đạt và
ctv (2011) đã ly trích thành công dầu cà phê từ bã cà phê phế thải với hiệu suất 12,4%
và tổng hợp được dầu diesel sinh học từ dầu cà phê với hiệu suất 74,5% ở quy mô

phòng thí nghiệm.
2.2. Tổng quan về alkaloid
2.2.1. Khái niệm về hợp chất alkaloid
2.2.1.1 Định nghĩa
Alkaloid là những hợp chất hữu cơ có chứa nitơ, đa số có nhân dị vòng, có phản ứng
kiềm, thường gặp trong thực vật và đôi khi trong động vật, có hoạt tính sinh học mạnh và
cho phản ứng hóa học với một số thuốc thử gọi là thuốc thử chung của alkaloid.
2.2.1.2 Tính chất cơ bản của alkaloid
Các alkaloid không mùi, vị đắng. Đa số alkaloid không màu, trừ một số ít có màu.
Về thể chất: Nhóm alkaloid có oxy trong phân tử thường ở thể rắn. Ngược lại,
nhóm alkaloid không chứa nhóm oxy trong phân tử thường ở thể lỏng hay bay hơi được.
Về độ tan: Alkaloid dạng kiềm tan trong dung môi hữu cơ kém phân cực, ít tan
trong nước. Ngược lại, alkaloid dạng muối tan trong nước, ít tan trong dung môi hữu
cơ.Riêng một số alkaloid có nitơ bậc bốn và N–oxit có tính tan ngoại lệ (alkaloid dạng
kiềm ít tan trong dung môi hữu cơ, alkaloid dạng muối không tan trong nước).
2.2.2 Các phương pháp chiếtalkaloid và ứng dụng
Dựa vào tính chất chung của alkaloid, có thể đưa ra hai phương pháp để chiết tách
alkaloid ra khỏi nguyên liệu thực vật. Bao gồm phương pháp chiết alkaloid dưới dạng
kiềm bằng dung môi hữu cơ không phân cực và phương pháp chiết alkaloid dưới dạng
muối bằng dung môi nước, nước axit hoặc cồn (methanol, ethanol) ( />- Chiết alkaloid dạng kiềm
Nguyên tắc: Các alkaloid thường tồn tại trong cây dưới dạng muối, do đó, trước
khi chiết vật liệu được tẩm với dung dịch kiềm để chuyển đổi các alkaloid ở dạng muối

6

 


trở thành dạng kiềm tự do, kế tiếp dùng dung môi hữu cơ như benzene, dietyl eter,
chloroform, etyl acetat để chiết alkaloid dạng kiềm (Nguyễn Kim Phi Phụng, 2007).

Cách thức tiến hành: Vật liệu trước khi chiết được tẩm với dung dịch kiềm.
Thường dùng amoni hydroxyt, cũng có thể dùng cacbonat kiềm nhưng chỉ thích hợp
với những alkaloid có tính kiềm mạnh. Vôi, natri hydroxyt chỉ dùng khi cần thiết để
đẩy các alklaoid có tính kiềm mạnh, đặc biệt đối với những alkaloid tồn tại trong cây ở
dạng kết hợp với tannin hoặc dùng để biến các alkaloid có nhóm chức phenol thành
phenat tan trong nước, không tan trong các dung môi hữu cơ.
Chiết vật liệu sau khi đã kiềm hóa như trên bằng dung môi hữu cơ không phân
cực thích hợp, dung môi này hòa tan các alkaloid dạng kiềm vừa được giải phóng. Ở
phòng thí nghiệm thường sử dụng benzen và chloroform. Trong sản xuất công nghiệp
thường dùng dung môi rẻ tiền, ít độc và khó cháy. Có thể chiết nguội trong bình ngấm
kiệt hoặc chiết nóng trong thiết bị Soxhlet. 
Dịch chiết được cô đặc và lắc với dung dịch axit loãng (2% – 5%) (thường dùng
HCl hay H2SO4). Các alkaloid được chuyển sang dạng muối tan trong nước, còn mỡ,
sắc tố, sterol, ở lại trong dung môi hữu cơ. Trong phòng thí nghiệm người ta lắc trong
bình gạn, trong công nghiệp cần phải có thiết bị phù hợp.
Gộp các dịch chiết muối alkaloid lại rồi kiềm hóa để chuyển alkaloid sang dạng
kiềm, lắc với dung môi hữu cơ thích hợp nhiều lần để lấy kiệt alkaloid dạng kiềm.
Việc chiết bằng dung môi hữu cơ có thể dùng bình gạn hoặc các dụng cụ chiết chất
lỏng giống như bình ngấm kiệt.
Sau khi lấy riêng lớp dung môi hữu cơ chứa alkaloid kiềm, loại nước bằng muối
trung tính khan nước (Na2SO4 khan) rồi cất thu hồi dung môi hoặc bốc hơi dung môi
sẽ thu cặn alkaloid thô (Vũ Thị Phương Thảo, 2010).
Ưu điểm: Hiệu suất chiết các hoạt chất từ dược liệu cao do dịch chiết rút ra sạch,
dễ tinh chế và loại các tạp chất kèm theo. Các dung môi hữu cơ không phân cực
thường là các dung môi có khả năng chiết chọn lọc đối với các alkaloid ở dạng kiềm.
Nhược điểm: Dung môi hữu cơ thường là các dung môi đắt tiền. Khi sử dụng các
dung môi này để chiết đòi hỏi thiết bị phức tạp.
Ứng dụng: Hiện nay hầu hết các alkaloid được sản xuất trong nước cũng như trên
thế giới đều sử dụng phương pháp này. Mặt khác,khi sử dụng phương pháp này để
chiết các dược liệu có nhiều chất nhầy và độ trương nở cao, có thể tránh được sự

7

 


trương nở quá mức của dược liệu và sự hòa tan chất nhầy vào dung môi, gây khó khăn
cho quá trình rút dịch chiết và tinh chế.
- Chiết alkaloid dưới dạng muối
Nguyên tắc: Trước hết dùng axit thích hợp để chuyển hoàn toàn các alkaloid
dạng kiềm sang dạng muối, sau đó dùng dung môi thích hợp để chiết muối alkaloid ra
khỏi dược liệu (Nguyễn Kim Phi Phụng, 2007).
Nguyên liệu thực vật
Axit hóa, chiết bằng nước và cồn
Dịch chiết
Thu hồi còn 1/3 thể tích, lắng lọc
Dịch muối alalkaloid
Tinh chế
Qua cột cationit
Rửa cột bằng NH4OH/cồn
Thu hồi cồn

Kiềm hóa (pH = 9 – 12)
Lắc với dung môi hữu cơ
Thu hồi dung môi
Alkaloid kiềm

Hình 2.4Sơ đồ quy trình tách chiết alkaloid bằng dung dịch nước axit
(Nguyễn Khắc Quỳnh Cứ và Huỳnh Vĩnh Khang, 2000)

Ưu điểm: Dung môi sử dụng rẻ tiền, dễ kiếm. Thiết bị chiết xuất đơn giản, đầu tư ít.

Nhược điểm: Dịch chiết lẫn nhiều tạp chất, khó tinh chế và hiệu suất chiết
thấp.Đối với các vật liệu chứa nhiều chất nhầy, việc sử dụng nước làm dung môi sẽ
gặp khó khăn trong khâu rút chiết.
2.2.3. Phương pháp định tính alkaloid trong dịch chiết
Có rất nhiều thuốc thử cho phản ứng tạo màu hoặc tạo tủa với alkaloid. Trong đó
có ba loại thuốc thử thông dụng là thuốc thử Mayer, Dragendoff, Wagner. Ngoài ra còn
một số thuốc thử khác để phát hiện các alkaloid đặc thù (Nguyễn Kim Phi Phụng, 2007).
2.2.3.1 Phản ứng tạo tủa
Thuốc thử Mayer: Hòa tan 1,36 g HgCl2 trong 60 ml nước cất và hòa tan 5 g KI
trong 10ml nước cất. Hỗn hợp hai dung dịch và định mức đến 100 ml. Nhỏ vài giọt
thuốc thử Mayer vào dung dịch axit loãng có chứa alkaloid, nếu có alkaloid sẽ xuất

8

 


hiện tủa màu trắng hoặc vàng nhạt, nhưng tủa tạo thành sẽ có thể hòa tan trở lại trong
lượng thừa thuốc thử hoặc hòa tan bởi acetol, etanol có sẵn trong dung dịch thử.
Thuốc thử Wagner: Hòa tan 1,27 g I2 và 2 g KI trong 20 ml nước cất và định mức
đến 100 ml. Nhỏ vài giọt thuốc thử Wagner vào dung dịch axit loãng có chứa alkaloid,
nếu có alkaloid sẽ xuất hiện tủa màu nâu.
Thuốc thử Dragendorff: Hòa tan 8 g Bi(NO3)3.H2O trong 25 ml HNO3 30% và
hòa tan 28 g KI, 1 ml HCl 6 N trong 5 ml nước cất. Hỗn hợp hai dung dịch và thêm đủ
100 ml nước cất sẽ thu được dung dịch có màu đỏ cam, dùng để thử nghiệm trong ống
nghiệm hay để pha thuốc phun xịt bản mỏng (Nguyễn Kim Phi Phụng, 2007).
Định tính alkaloid: Nhỏ vài giọt thuốc thử Dragendorff vào dung dịch axit loãng
có chứa alkaloid, nếu có alkaloid sẽ xuất hiện tủa màu cam – nâu; hoặc phunxịt lên
tấm bản mỏng, nếu có alkaloid sẽ cho vết màu cam – đỏ(Vũ Thị Phương Thảo, 2010).
2.2.3.2 Phản ứng tạo màu

Có một số thuốc thử khi tác dụng với alkaloid sẽ tạo ra những màu đặc biệt khác
nhau, do đó người ta cũng dùng phản ứng tạo màu để xác định alkaloid. Phản ứng tạo
tủa cho ta biết có alkaloid hay không, còn phản ứng tạo màu cho biết có alkaloid gì
trong dịch chiết. Thuốc thử tạo màu thường là những hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ hòa
tan trong axit H2SO4 đậm đặc. Những thuốc thử tạo màu quan trọng là: thuốc thử
Frohde (axit sulfomolybdic), thuốc thử Marquis (sulfofocmol), thuốc thử Mandelin
(axit sulfovanadic).Trong dịch chiết có nhiều alkaloid và còn lẫn tạp chất khác thì
phản ứng lên màu không thật rõ bằng những alkaloid đã được chiết và phân lập ở dạng
tinh khiết. Do đó để kết luận được chắc chắn người ta thường dùng phản ứng màu kết
hợp với phương pháp sắc kí lớp mỏng có alkaloid tinh khiết làm chất chuẩn so sánh
(Phạm Thanh Kỳ và ctv, 2002).
2.2.4. Các phương pháp định lượng alkaloid sau khi chiết xuất
Có nhiều phương pháp định lượng alkaloid như kỹ thuậtcân, đo axit, so màu,
trung hòa, quang phổ tử ngoại.Các kỹ thuật này gồm hai giai đoạn chính: Lấy riêng
alkaloid ra khỏi dược liệu và định lượng (tùy theo tính chất của alkaloid mà lựa chọn
phương pháp cho thích hợp) (Phạm Thanh Kỳ và ctv, 2002).
2.2.4.1 Phương pháp cân
Để định lượng alkaloid bằng phương pháp cân, cần phải chiết được alkaloid tinh
khiết không lẫn tạp. Phạm vi sử dụng phương pháp cân là những alkaloid có tính kiềm
9

 


yếu. Ngoài ra, phương pháp cân còn được dùng trong trường hợp những alkaloid chưa
xác định rõ cấu trúc hóa học hoặc hỗn hợp nhiều alkaloid có phân tử lượng rất khác
nhau. Khi định lượng, người ta phải chiết alkaloid tinh khiết bằng một dung môi hữu
cơ, sấy tới khối lượng không đổi rồi đem cân.
Định lượng bằng phương pháp cân trực tiếp khó chính xác nên phương pháp này
không được sử dụng khi hàm lượng alkaloid trong dược liệu rất thấp (Phạm Thanh Kỳ

và ctv, 2002).
2.2.4.2 Phương pháp trung hòa
Định lượng bằng phương pháp cân thường cho sai số vì các tạp chất bị lôi cuốn
theo, lẫn với cặn alkaloid. Do đó định lượng alkaloid bằng phương pháp trung hòa
được sử dụng nhiều hơn.
Muốn định lượng bằng phương pháp này thì alkaloid phải chiết ở dạng kiềm.
Dung dịch alkaloid kiềm phải trong vì nếu vẫn đục hay lẫn phần nhỏ nhũ dịch sẽ gây
ra hiện tượng hấp phụ các chất kiềm làm cho kết quả định lượng có sai số. Ngoài ra,
nếu có lẫn các chất kiềm như amoniac, các amin cũng như chất màu và chất béo cũng
ảnh hưởng tới kết quả định lượng.
Sau khi đã có dịch chiết alkaloid kiềm tinh khiết có thể tiến hành định lượng bằng
cách: lắc alkaloid trong dung môi hữu cơ có lượng axit chuẩn độ dư, sau đó định lượng
alkaloid bằng kiềm tương ứng, hoặc làm bốc hơi dung môi hữu cơ, sau đó cặn alkaloid
còn lại được định lượng trực tiếp hay gián tiếp bằng axit chuẩn độ (thường dùng HCl
hay H2SO4 có nồng độ 0,01 – 0,1 N).Các chỉ thị màu dùng trong định lượng phần lớn là
methyl đỏ và phần lớn màu thay đổi là do thay đổi pH (Phạm Thanh Kỳ và ctv, 2002).
2.2.4.3 Định lượng alkaloid trong môi trường khan
Đối với alkaloid có tính kiềm yếu khi chuẩn độ trong môi trường dung dịch nước
sẽ cho kết quả không chính xác vì muối tạo ra khi trung hòa sẽ thủy phân mạnh nên
khó quan sát vùng chuyển màu của chỉ thị. Do vậy nếu hòa tan alkaloid vào trong dung
môi không phải là nước (gọi là môi trường khan) thì có thể định lượng được những
alkaloid có tính kiềm yếu này. Thường dùng axit percloric 0,1 N và chỉ thị màu là
gentian tímđể định lượng alkaloid (Phạm Thanh Kỳ và ctv, 2002).
2.2.4.4 Phương pháp so màu
Nguyên tắc: Dựa vào phản ứng tạo màu của alkaloid, dùng dung dịch có màu để
định lượng. Những alkaloid không thể tạo thành dung dịch có màu để định lượng trực
10

 

tiếp thì cho tác dụng với thuốc thử tạo tủa có màu, sau đó tách riêng tủa và hòa tan
trong dung môi thích hợp sẽ được dung dịch có màu dùng để định lượng
alkaloid.Phương pháp so màu chỉ cần một lượng nhỏ alkaloid, có độ nhạy và kết quả
nhanh do đó phương pháp hay dùng để định lượng alkaloid (Phạm Thanh Kỳ và ctv,
2002).
2.2.4.5Phương pháp định lượng alkaloid hiện đại
Hệ thống sắc ký lỏng cao áp (HPLC) và hệ thống điện di mao quản (CE) là hai
phương pháp hiện đại được sử dụng để định lượng alkaloid.
Hệ thống sắc ký lỏng cao áp là kỹ thuật phân tích được sử dụng khá phổ biến
trong các lĩnh vực nghiên cứu, kiểm nghiệm vàtách các chế phẩm đa thành phần. Kỹ
thuật cho kết quả nhanh, tốt cả về mặt định tính lẫn định lượng.
Ngược lại, hệ thống điện di mao quản cần lượng mẫu ít 5–30 µl, với thể tích bơm
mẫu 10–50 nl, ngưỡng phát hiện thấp. Thời gian phân tích mẫu ít từ vài phút đến 30
phút. Xác định được danh tính và nồng độ các phân tử trong hỗn hợp dựa vào chất
chuẩn(Phạm Thanh Kỳ và ctv, 2002).
2.2.5 Tình hình nghiên cứutrong và ngoài nước về ảnh hưởng của alkaloid đến sinh vật
Theo Garba và Okeniyi (2012), nghiên cứu về hoạt tính của tổng alkaloidđược
chiết xuất từnăm loài thực vật Jatropha curcas, Calotropis procera, Magifera indica,
Carica papaya và Psidium guajava, cho thấy khả năng kháng vi sinh vật của cao chiết
trên baloài vi khuẩn và hai loài nấm Staphylococcus aureus, Streptococci, Lactobacillus spp., Actinomycetes và Candida albicans bằng phương pháp khuếch tán trên
thạch.Thí nghiệm được tiến hành với ba nồng độ tổng alkaloid 2×102,4×102và 6×102
µg/cm3. Hoạt tính kháng vi sinh vật tối ưu nhất được tìm thấy ở nồng độ 6×102 µg/cm3.
Kết quả cho thấy alkaloid được chiết xuất từ thực vật là một nguồn nguyên liệu tiềm
năng trong việc ức chế các sinh vật gây hại.
Thêm vào đó, alkaloid quinolizidine được chiết xuất từ loài Lupinus arboreus có
ảnh hưởng phổ rộng lên các tác nhân gây bệnh, côn trùng và động vật ăn cỏ
(Mankinen và ctv, 1975; Wink, 1992; Wink và Latz, 1995).
Ngoài ra, các hợp chất Conessin được chiết xuất từ cây Mức hoa trắng cũng có
một số tác dụng dược lý nhất định như diệt lị amip. Thí nghiệm cho thấy nồng độ có

hiệu quả đối với Entamoeba histolytica của Conessin là 1:71000 – 45000, còn của
emetin là 1:300000 đến 1:2000000. Kết quả cho thấy tác dụng diệt amip của Conessin
11

 


kém hơn emetin (Hoàng Thị Tuyết Nhung, 2012). Conessin còn có tác dụng diệt
Trichomonas vaginalis và Trichomonas intestinalis (Viện Dược liệu, 2004). Ngoài ra
Conessin còn có tác dụng đối kháng với thụ thể H3 histamin (Zhao và ctv, 2008). Ở
liều cao, tác dụng của Conessin gần giống như morphin, gây liệt trung tâm hô hấp.
Nếu tiêm, Conessin gây tê tại chỗ nhưng lại kèm theo hoại tử nên không dùng để gây
tê (Đỗ Tất Lợi, 2001).
Hợp chất Nuciferin được chiết từ lá Sen có tác dụng giải thắt co cơ trơn, ức chế
thần kinh trung ương, chống viêm, giảm đau, chống ho, kháng serotonin và có hoạt
tính phong bế thụ thể adrenergic (Đỗ Trung Đàm và Đỗ Thị Phương, 2006; Đỗ Tất Lợi,
2001; Nguyễn Thị Nhung, 2001;Viện Dược liệu, 2004;Choi và ctv, 2011).Nuciferin có
tác dụng tăng cường quá trình ức chế các tế bào thần kinh vùng vỏ não cảm giác – vận
động và thể dưới thân não trên thỏ thí nghiệm, có tác dụng an thần và kéo dài giấc ngủ
của pentobarbital trên chuột thí nghiệm (Choi và ctv, 2011).
2.3. Tổng quan về Crom
2.3.1 Giới thiệu về Crom
Crom là kim loại màu trắng, nặng, sáng chói, bóng nhưng lại giòn và dễ bể. Ở
nhiệt độ phòng crom bền với nước và không khí, do tạo một lớp oxit rất mỏng che ở bề
mặt. Tính chất này giải thích cho việc sử dụng crom để xi mạ, tạo lớp che phủ trên bề
mặt, đối kháng lại với tác nhân ăn mòn thông thường.
Trong nước tự nhiên, Cr3+ tồn tại ở dạng Cr(OH)2+, Cr(OH)2 +, Cr(OH)4-. Còn Cr6+
tồn tại ở dạng CrO42- và Cr2O72-.Cr3+ tạo phức bền với các amin và bám vào các khoáng
sét. Crom thường tồn tại chủ yếu ở dạng Cr3+, Cr6+.Crom không cần thiết cho cây trồng
nhưng lại là nguyên tố cần thiết cho động vật ở một giới hạn nhất định. Nếu vượt quá

giới hạn đó thì crom lại gây độc đối với động vật.
2.3.2 Tính chất hóa học của Crom
Crom là chất khử giống như Al trên bề mặt được bao phủ bởi màng oxit mỏng,
bền với không khí.Crom không phản ứng trực tiếp với H2. Ở điều kiện thường không
phản ứng với O2, nhưng khi đốt cháy trong không khí tạo thành Cr2O3.
4Cr (rắn) +3O2 = 2Cr2O3DeltaH = –1141KJ/Mol
Crom khử H+ trong các dung dịch HCl, H2SO4 loãng:Cr + 2H+ = Cr2+ + H2.
Crom thụ động trong axit HNO3và H2SO4 đặc nguội, không tác dụng với nước và

12

 


H2do có lớp oxit bảo vệ.Crom tan trong dung dịch kiềm và tác dụng với muối của
những kim loại có thế tiêu chuẩn cao hơn tạo thành muối Cr(II).
2.3.3. Ảnh hưởng của Crom đối với sinh vật
Các nghiên cứu cho thấy con người hấp thụ Cr6+ nhiều hơn Cr3+ nhưng độc tính
của Cr6+ lại cao hơn Cr3+ gấp khoảng 100 lần ( />2.3.3.1 Ảnh hưởng của crom đối với động và thực vật
Ảnh hưởng của hợp chất crom lên sự sống của cá chép được khảo sát bằng cách
ngâm trứng cá sau khi đã thụ tinh vào nước có chứa Cr (VI). Khi nồng độ crom từ3,9 –
9,6 mmol/l và ở pH = 8, crom không ảnh hưởng đến tỷ lệ trứng nở nhưng khi nồng độ
crom đạt đến 9,6 mmol/l và ở pH = 6,3 tỉ lệ cá mắc bệnh khác nhau về da và tử vong
tăng. Nếu ngâm trứng vào dung dịch Cr (VI) có nồng độ 3,9 mmol/l và ở pH= 6,3 thì tỉ
lệ cá mắc bệnh tuỷ sống tăng lên, mang và vây khô hơn, khả năng chịu lạnh kém hơn.
Ngoài ra, crom còn gây ảnh hưởng đến quá trình phát triển của thực vật như gây bệnh
vàng lá ở lúa.
2.3.3.2 Ảnh hưởng của crom đối với con người
Nồng độ crom trong nước thải sinh hoạt có thể lên tới 0,7 µg/ml, chủ yếu ở
dạngCr (VI) có độc tính với nhiều loại động vật có vú. Dù chỉ một lượng nhỏ Cr (VI)

cũng có thể gây độc đối với con người. Nếu crom có nồng độ lớn hơn giá trị 0,1 mg/l
sẽ gây rối loạn sức khỏe như nôn mửa. Khi thâm nhập vào cơ thể, crom sẽ liên kết với
các nhóm sulfhydryl (–SH) trong enzym và làm mất hoạt tính của enzym, gây ra nhiều
bệnh đối với con người.
Crom và các hợp chất chủ yếu gây các bệnh ngoài da. Khi Cr (VI) xâm nhập vào
cơ thể qua da, nó kết hợp với protein tạo thành phản ứng kháng nguyên và gây bệnh ở
người. Khi crom xâm nhập theo đường hô hấp dễ dẫn tới bệnh viêm yết hầu, viêm phế
quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích (sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước
mũi). Nhiễm độc crom có thể bị ung thư phổi, ung thư gan, loét da, viêm da tiếp xúc.
Những công việc có thể gây nhiễm độc crom: Chế tạo ắc quy, luyện kim, sản
xuất nến, sáp, thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, mạ điện, mạ crom. Đặc biệt ngành mạ crom
thường được tiến hành ở nhiệt độ khoảng trên 40oC và hơi dung dịch axit cromic có
nồng độ cao (thường lớn hơn 200 g/l) sẽ tác động đến hệ thống hô hấp của công nhân.
Hàm lượng crom có trong nước ngọt khoảng 0,1–6µg/mlvà trong nước biển là 0,2 – 50
13

 


µg/l. Trong các loại thức ăn, hàm lượng crom dao động từ 20 – 600 mg/kg. Trong
nước crom chỉ tồn tại ở hai dạng Cr3+, Cr6+ nhưng dạng Cr3+ thường gặp hơn.
2.3.4 Tình hình nghiên cứu xử lý Crom trong và ngoài nước
Theo Nguyễn Trung Dũng và Nguyễn Công Hào(2012), khả năng hấp phụ Cr6+ và
màu trong nước thải dệt nhuộm của bã cà phê được hoạt hóa bởi H2SO4 0,1 N và NaOH
0,1 N cho thấy hiệu suất loạiCr6+> 40% và màu trong nước thải > 50% ở điều kiện pH =
3, thời gian hấp phụ là60 phút, liều lượng hấp phụ là 1,5 g/l.
Theo Xu Han và ctv (2006), loài tảo Chlorella miniata được nuôi trồng nhân tạo trong
môi trường Bristol, có khả năng loại bỏ Cr (VI) ở nồng độ 100 mg/l với hiệu suất đạt 65%
tại pH = 2, sinh khối 5 g/l trong 2 giờ đầu và loại bỏ hoàn toàn Cr (VI) sau 150 giờ.
Theo Djati và  Hunter (2006), bã cà phê được sử dụng làm vật liệu hấp phụ các

kim loại năng như Cu2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+. Kết quả cho thấy sự hấp phụ hiệu quả trong
khoảng pH rộng khi vật liệu được hoạt hóa bởi NaOH 0,01 M và HNO3 0,01 M.
Theo Agarwal và ctv (2006), hạt me(Tamarindus indica) có khả năng loại bỏ Cr
(VI) trong nước thải cao hơncác phụ phẩm nông nghiệp khác như mụn dừa, vỏ hạnh
nhân, vỏ đậu phộng và vỏ quả óc chó.Nghiên cứu cho thấy hạt me có thể làm giảm
nồng độ Cr (VI) xuống mức không thể phát hiện được. Ngoài ra, khả năng loại bỏ Cr
(VI) của hạt me giảm khi tăng pH, tăng nhiệt độ và giảm nhẹ khi tăng nồng độ.
Theo Parinda và ctv (2006), xơ dừa chứa hàm lượng lignin,cellulose cao tương
ứng 45,84% và43,44%. Nghiên cứu cho thấy xơ dừa có khả năng hấp thuCr (VI) trong
nước thải mạ điện với hiệu suất đạt 99,9% tại pH = 2, sau 18 giờ. Khả năng loại
bỏCr(VI) cao tại pH thấp là do sự khử Cr (VI) thành Cr (III), sự tương tác tĩnh điện
giữa chất hấp phụ tích điện dương và bichromate (HCrO4-) tích điện âm.
Theo George (2012), bã cà phê có khả năng hấp phụCr (VI) tối đa là 45 mg/g ở
điều kiện pH = 5, tốc độ lắc 140 vòng/phút, khi vật liệu được xử lý với dung dịch
formaldehyde 2% với kích thước hạt là 475 – 525 µm.
Tóm lại, các phế thải nông nghiệp nói chung và bã cà phê nói riêng, trước khi sử
dụng làm chất hấp phụ kim loại nặng trong nước thải thì các vật liệu này phải được xử
lý hóa học, do đó quá trình xử lý nước bị ô nhiễm không đem lại hiệu quả kinh tế. Vì
vậy, đề tài tiến hành nghiên cứu sử dụng bã cà phê sau khi tách chiết alkaloid để làm
chất hấp phụ kim loại nặng – Cr (VI), điều này vừa thu nhận hợp chất alkaloid trong
bã cà phê vừa tạo điều kiện hấp phụ tốt kim loại nặng do trong quá trình tách chiết đã
14

 


loại bớt một số hợp chất liên kết với cellulose trong thành tế bào, làm cho vật liệu có ái
lực cao với ion kim loại trong dung dịch.

15