Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế axit ferulic từ oryzanol chiết từ cám gạo

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC

ĐẶNG NGUYỄN TỐ UYÊN

KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
ĐIỀU CHẾ AXIT FERULIC TỪ ORYZANOL CHIẾT TỪ CÁM GẠO

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HÓA HỌC

Đà Nẵng - 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC

KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
ĐIỀU CHẾ AXIT FERULIC TỪ ORYZANOL CHIẾT TỪ CÁM GẠO

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HÓA HỌC

SVTH : ĐẶNG NGUYỄN TỐ UYÊN
LỚP :14CHD
GVHD : TS. GIANG THỊ KIM LIÊN

Đà Nẵng - 2018

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên

: ĐẶNG NGUYỄN TỐ UYÊN

Lớp

: 14 CHD

1. Tên đề tài: “Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế axit
ferulic từ oryzanol chiết từ cám gạo”.
2. Nguyên liệu, dụng cụ, thiết bị và hóa chất
Nguyên liệu: Mẫu soapstock thải ra từ giai đoạn trung hòa của quá trình sản
xuất dầu cám gạo tại Công ty TNHH Wilmar Agro Việt Nam – khu Công nghiệp
Hưng Phú I, phường Tân Phú, quận Cái Răng, TP Cần Thơ, Việt Nam.
Dụng cụ và thiết bị: Máy sắc ký lỏng cao áp GL-Sciences, kèm với cột Inertsil
ODS-3 C18 (4,6 mm x 250 mm, 5 μm) (GL Science, Tokyo, Japan), bể siêu âm
Elma 37 kHz(Đức), một số trang thiết bị khác: máy quay cất chân không, máy sấy,
các dụng cụ thuỷ tinh, v.v...

Hóa chất: Chất chuẩn axit ferulic, γ-oryzanol, ethyl ferulate (Sigma Aldrich,
Mỹ): độ tinh khiết >99%, dung môi hữu cơ: EtOH, EtOAc, n-hexan (Merck, Đức),
dung môi chuẩn HPLC để chạy sắc ký lỏng: Acetonitrile, MeOH, H2O (Merck,
Đức), một số hóa chất khác: KOH, CH3COOH, H2SO4, H3PO4...
3. Nội dung nghiên cứu
3.1.

Nghiên cứu lý thuyết

– Phương pháp nghiên cứu các hợp chất thiên nhiên.
– Nghiên cứu trên mạng internet, tham khảo các công trình nghiên cứu trên thế
giới về tinh chế axit ferulic từ các nguyên liệu khác nhau.


– Tổng quan các tài liệu về axit ferulic, soapstock và ứng dụng của axit ferulic
trong lĩnh vực hóa mỹ phẩm, y dược.
3.2.

Nghiên cứu thực nghiệm

– Xử lý mẫu: mẫu soapstock được đem cân.
– Nguyên liê ̣u đã xử lý đươ ̣c chiết với dung môi thích hợp sử dụng kỹ thuật
sóng siêu âm.
– Thực hiện phản ứng thủy phân γ-oryzanol trong môi trường kiềm để thu được
axit ferulic.
4. Giáo viên hướng dẫn: Ts. Giang Thị Kim Liên
5. Ngày giao đề tài: 3/2017
6. Ngày hoàn thành: 3/2018
Chủ nhiệm khoa

Giáo viên hướng dẫn

(Kí và ghi rõ họ tên)

(Kí và ghi rõ họ tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày… tháng … năm 2018.
Kết quả điểm đánh giá:
Ngày … tháng … năm 2018
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Kí và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô giáo Ts. Giang Thị
Kim Liên và học viên cao học Võ Thị Nga Huyền đã hướng dẫn tận tình và luôn sẵn
sàng giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho em trong thời gian học tập và thực hiện đề tài.
Trong quá trình làm khóa luận, do bước đầu làm quen với việc nghiên cứu
khoa học nên khó tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót. Vì vậy em rất mong nhận
được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo để khóa luận được hoàn chỉnh hơn.
Đề tài đươ ̣c sự hỗ trơ ̣ từ Đề tài Nghiên cứu Cơ bản “Nghiên cứu điề u chế
axit ferulic từ dầ u kiề m thải của nhà máy trích ly cám gạo ở Cần Thơ bằ ng phương
pháp thủy phân kế t hơ ̣p kỹ thuâ ̣t sóng siêu âm, nhằ m phu ̣c vu ̣ cho liñ h vực y dươ ̣c.”
– Viện Công nghệ môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
do Ts. Đỗ Văn Ma ̣nh chủ trì.
Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2018.
Sinh viên thực hiện

Đặng Nguyễn Tố Uyên


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN .......................................................................................... 4
1.1. Giới thiệu về axit ferulic (FA) ............................................................................... 4
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về axit ferulic ......................... 7
1.3. Các ứng dụng của axit ferulic .................................................................................. 9
1.3.1. Tác nhân chống oxy hóa ................................................................................. 9
1.3.2. Tác nhân chống lão hóa và bệnh đái tháo đường .......................................... 9
1.3.3. Tác nhân ngăn ngừa sự đổi màu lương thực ................................................ 10
1.3.4. FA là tiền thân của vanillin .......................................................................... 10
1.3.5. Sử dụng axit ferulic trong mỹ phẩm .............................................................. 11
1.3.6. Tác nhân chống ung thư ............................................................................... 11
1.3.7. Tác dụng bảo vệ phổi và tim mạch ............................................................... 12
1.3.8. Chất bảo quản thực phẩm ............................................................................. 12
1.4. Dầu kiềm thải soapstock – nguyên liệu điều chế axit ferulic .............................. 12
1.5. Nguồn nguyên liệu soapstock tại Việt Nam ........................................................ 15
CHƯƠNG 2 – CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ................................................ 17
2.1. Nguyên liệu, hóa chất, thiết bị nghiên cứu .......................................................... 17
2.1.1. Nguyên liệu ................................................................................................... 17
2.1.2. Hóa chất, thiết bị nghiên cứu ....................................................................... 17
2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ................................................................ 18
2.2.1. Sơ đồ thực nghiệm ........................................................................................ 18
2.2.2. Chiết γ-oryzanol từ soapstock ....................................................................... 20
2.2.3. Xây dựng đường chuẩn bằng HPLC............................................................. 21


2.2.4. Phương pháp lập đường chuẩn .................................................................... 26

2.2.5. Phản ứng thủy phân dịch chiết γ-oryzanol và điều chế axit ferulic ............. 26
2.2.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng thủy phân γ-oryzanol . 26
2.2.5.2. Phản ứng thủy phân dịch chiết γ-oryzanol ............................................. 26
2.2.5.3. Phản ứng điều chế axit ferulic................................................................ 27
CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 28
3.1. Đường chuẩn axit trans - ferulic ..................................................................... 28
3.2. Đường chuẩn γ-oryzanol.................................................................................. 29
3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất thủy phân γ-oryzanol ........................... 30
3.4. Phản ứng thủy phân γ-oryzanol và quá trình tạo thành axit ferulic ................. 30
3.5. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thủy phân γ-oryzanol ........................ 31
3.6. Hiệu suất tạo thành FA từ phản ứng thủy phân γ-oryzanol ............................. 34
3.7. Sự chuyển hóa các đồng phân của axit ferulic sau phản ứng .......................... 34
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................ 37
Kết luận ...................................................................................................................... 37
Kiến nghị .................................................................................................................... 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 38


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Chữ viết tắt

Tên

1

FA

Axit ferulic

2

HPLC

High Performance Liquid
Chromatography

3

EtOH

Ethanol

4

EtOAc

Ethyl acetate

5

MeOH

Methanol

6

ppm

Parts per million

7

UV

Ultraviolet


DANH MỤC CÁC BẢNG
STT

Số hiệu bảng

Tên bảng

Trang

1

3.1

Cách lập đường chuẩn trans-ferulic

28

2

3.2

Cách lập đường chuẩn axit γ-oryzanol

29

Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất thủy

30

3

4

3.3
3.4

phân γ-oryzanol
Sự chuyển hóa các đồng phân của FA

35


DANH MỤC CÁC HÌNH
STT

Số hiệu hình

1

1.1

Công thức cấu tạo của axit ferulic

4

2

1.2

Các da ̣ng bề n gố c tự do của axit ferulic

5

1.3

Sơ đồ tách γ-oryzanol từ soapstock

8

1.4

Sơ đồ sinh tổng hợp vanillin từ FA

1.5

3
4
5

Tên hình

Trang

11
13

9

2.2

10

2.3

Công thức cấ u ta ̣o các hơ ̣p chấ t của γ-oryzanol
Quy trình điều chế axit ferulic từ dầu kiềm
thải soapstock
Sơ đồ phản ứng thủy phân γ-oryzanol
Mẫu soapstock của quá trình sản xuất dầu cám
gạo tại Công ty TNHH Wilmar Agro Việt Nam
Sơ đồ thực nghiệm
Sơ đồ chiết γ-oryzanol từ soapstock

11

2.4

Lọc mẫu thu lấy dịch chiết GO

21

12

2.5

Sơ đồ máy sắc kí lỏng hiệu năng cao HPLC

22

13

3.1

Phương trình đường chuẩn axit trans – ferulic

28

14

3.2

Phương trình đường chuẩn γ-oryzanol

29

15

3.3

Hệ phản ứng thủy phân được tiến hành trong
bể điều nhiệt

30

16

3.4

Phổ UV-VIS tại bước sóng 325 nm của phản
ứng thủy phân ở 75ºC

32

17

3.5

Phổ UV-VIS (325 nm) của dung dịch sau 3
giờ phản ứng

33

Hình ảnh 2 đồng phân trans và cis trên phổ
UV_VIS (325 nm) của mẫu sau phản ứng tại
các thời điểm khác nhau

36

6
7
8

18

1.6
1.7
2.1

3.6

14
14
17
19
20


1

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Việt Nam là một nước có nền nông nghiệp lâu đời, là nước sản xuất gạo đứng
thứ 4 thế giới, xuất khẩu gạo đứng thứ 2 với sản lượng gạo được sản xuất ra hằng
năm vô cùng lớn, ước tính trên 30 triệu tấn/năm, tương đương với hơn 3 triệu tấn
cám gạo thải ra mỗi năm (khố i lươ ̣ng cám ga ̣o chiế m khoảng 10% khố i lươ ̣ng của
ha ̣t ga ̣o). Cám gạo được coi là phụ phẩm nông nghiệp, được dùng làm thức ăn chăn
nuôi, một số được dùng trong việc làm đẹp hoặc xuất khẩu dưới dạng nguyên liệu
thô. Tuy nhiên đa phần vẫn chưa sử dụng hết tiềm năng của cám gạo.
Ở nước ta hiện tại chỉ có nhà máy trích ly dầu cám tại Cần Thơ là nhà máy đầu
tiên có công suất trích ly 100,000 tấn cám gạo/năm để cho ra 15,000 tấn dầu cám
gạo chất lượng cao. Việc xây dựng nhà máy này có ý nghĩa lớn vì có thể tận dụng

nguồn cám gạo thải ra hằng năm để làm thành một loại dầu ăn tốt cho sức khỏe, lại
có thể hạn chế việc ô nhiễm môi trường.
Trong quy triǹ h sản xuấ t dầ u cám ga ̣o, dầu kiềm thải soapstock là sản phẩ m
phu ̣ của quá trình trung hòa dầ u cám ga ̣o, là mô ̣t hỗn hơ ̣p da ̣ng nhũ tương chứa các
hơ ̣p chấ t lipit, axit béo tự do, các triglicerit, chấ t màu, γ-oryzanol, nước và mô ̣t số
hơ ̣p chấ t không phân cực khác. Thông thường, lươ ̣ng dầu kiềm thải soapstock đươ ̣c
ta ̣o ra trong quy trình tinh chế dầ u ăn chiế m khoảng 6% so với thể tích của dầ u đã
đươ ̣c tinh chế . Khoảng 93 – 94.6% hàm lươ ̣ng γ-oryzanol từ dầ u thô bi ̣ chuyể n vào
dầu kiềm thải soapstock [18]. Thế nhưng việc tách γ-oryzanol từ soapstock rất khó
vì tạp chất quá nhiều, chi phí cao, thay vào đó các nhà khoa học trên thế giới đã tiến
hành nghiên cứu điều chế axit ferulic từ soapstock bằng quá trình thủy phân trong
môi trường kiềm [4], tuy nhiên các nghiên cứu còn hạn chế về số lượng và chưa đi
sâu vào bản chất của quá trình, điể n hin
̀ h là sự thủy phân của γ-oryzanol - hỗn hợp
các este của axit ferulic.
Axit ferulic (FA) là một hợp chất phenolic phổ biến trong thành phần tế bào
thực vật, là một chất chống oxi hóa, chống ung thư; ngoài ra nó còn có khả năng


2

hấp thụ tia UV, giảm cholesterol trong máu. Ngày nay, FA được sử dụng phổ biến
trong ngành công nghiệp mỹ phẩm, làm chất phụ gia thực phẩm và ngày càng được
nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y tế.
Vì vậy tập trung nghiên cứu về soapstock của dầu cám gạo với một hàm lượng
không nhỏ γ-oryzanol là một hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng.
Qua quá trình nghiên cứu sơ bộ ban đầu, em quyết định chọn đề tài “Khảo sát
các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế axit ferulic (FA) từ oryzanol chiết
từ cám gạo” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của mình.
2. Mục đích nghiên cứu

– Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế axit ferulic từ oryzanol.
– Xác định hiệu suất tạo thành FA từ quá trình thủy phân γ-oryzanol.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
– Thu mẫu dầu thải soapstock tại nhà máy trích ly cám gạo ở Cần Thơ.
– Thủy phân γ-oryzanol để điều chế axit ferulic.
4. Phương pháp nghiên cứu
➢ Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết
– Phương pháp nghiên cứu các hợp chất thiên nhiên.
– Nghiên cứu trên mạng internet, tham khảo các công trình nghiên cứu trên thế
giới về tinh chế axit ferulic từ các nguyên liệu khác nhau.
– Tổng quan các tài liệu về axit ferulic, soapstock và ứng dụng của axit ferulic
trong lĩnh vực hóa mỹ phẩm, y dược.
➢ Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
– Xử lý mẫu: mẫu soapstock đem cân.
– Nguyên liê ̣u đã xử lý đươ ̣c chiết với dung môi thích hợp sử dụng kỹ thuật
sóng siêu âm.
– Xây dựng đường chuẩn của γ-oryzanol và axit ferulic có trong dịch chiết
bằng phương pháp sắc ký lỏng cao áp (HPLC).
– Thực hiện phản ứng thủy phân γ-oryzanol trong môi trường kiềm để thu
được axit ferulic.


3

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
– Tận dụng các sản phẩm phụ một cách hợp lý, tạo ra hiệu quả kinh tế cao.
– Ta ̣o cơ sở cho việc ứng dụng điều chế axit ferulic từ nguồn nguyên liệu dồi
dào, rẻ tiền và vô cùng sẵn có của Việt Nam.
6. Cấu trúc của luận văn

– Luận văn bao gồm 39 trang, 4 bảng, 18 hình, 20 tài liệu tham khảo. Với:
Phần mở đầu (3 trang)
Chương 1 – TỔNG QUAN (13 trang)
Chương 2 – CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM (11 trang)
Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN (9 trang)
Kết luận (1 trang)
Tài liệu tham khảo (2 trang)


4

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về axit ferulic (FA)
Axit ferulic là mô ̣t hơ ̣p chấ t phenolic tồ n ta ̣i phổ biế n trong thực phẩ m, ví du ̣
như các loa ̣i hoa quả cam quýt, chuố i, cà tím, cải bắ p, củ cải đường, bông cải xanh,
cà phê [3], cám ngô, cám ga ̣o, cây lanh (flax shives), lúa mì (wheat) [2], rơm [13],
cây đương quy (Radix Angelicae sinensis) [8], cây xuyên khung (ligusticum
chuanxiong) [14], etc.

Hình 1.1. Công thức cấu tạo của axit ferulic
Trong các loa ̣i ha ̣t ngũ cốc, FA thường nằ m trong các lớp cám, bên cạnh đó,
FA cũng xuấ t hiê ̣n phổ biế n dưới da ̣ng các este, mô ̣t trong những da ̣ng este phổ biế n
nhấ t của FA là steryl ferulat, đươ ̣c phát hiê ̣n đầ u tiên vào năm 1954 trong dầ u cám
ga ̣o. Do este này đươ ̣c phân lâ ̣p từ dầ u cám ga ̣o (Orysae Sativa L.) và có chứa nhóm
hydroxyl trong cấ u trúc nên nó thường đươ ̣c go ̣i là oryzanol, trong đó γ-oryzanol là
loa ̣i đồ ng phân phổ biế n nhấ t [3].
FA lầ n đầ u tiên đươ ̣c tổ ng hơ ̣p vào năm 1925, tuy nhiên các hoa ̣t tính sinh ho ̣c
của nó chỉ đươ ̣c nhâ ̣n ra từ những thâ ̣p kỷ 70 khi mô ̣t nhà khoa ho ̣c người Nhâ ̣t
khám phá ra tiń h chấ t chố ng oxy hóa của các este ferulat chiế t ra từ dầ u cám ga ̣o.

5

Khả năng chố ng oxy hóa của hơ ̣p chấ t này đươ ̣c giải thić h do cấ u ta ̣o nhân thơm
gắ n với nố i đôi liên hơ ̣p, do đó dễ dàng ta ̣o ra gố c phenoxy tự do bề n do hiê ̣u ứng
cô ̣ng hưởng.

Hình 1.2. Các da ̣ng bề n gố c tự do của axit ferulic
Khi gố c tự do tấ n công FA, nó sẽ dễ dàng lấ y đi mô ̣t nguyên tử H và do đó
hin
̀ h thành nên gố c tự do bề n của FA (hình 1.2). Gố c tự do này đươ ̣c làm bề n do
hiê ̣u ứng cô ̣ng hưởng, că ̣p electron chưa phân chia không chỉ khu trú ta ̣i nguyên tử
oxy mà nó đươ ̣c phân bố đề u trên toàn bô ̣ phân tử. Ngoài ra, gố c tự do này còn
đươ ̣c làm bề n bởi hiê ̣u ứng liên hơ ̣p gây ra bởi nhóm thế –CH=C–COOH ở vị trí đố i
xứng với nguyên tử oxy chứa că ̣p electron. Gố c tự do bề n của FA rấ t kém hoa ̣t đô ̣ng
và không có khả năng khơi mào chuỗi phản ứng khác [3], do đó FA là mô ̣t tác nhân
chố ng oxy hóa rấ t hiê ̣u quả.
Trước đây, các dẫn xuấ t của benzophenones và axit salicylic thường đươ ̣c sử
du ̣ng như các hơ ̣p chấ t chố ng tia UV, tuy nhiên mô ̣t số dẫn xuấ t của chúng la ̣i là
chấ t đô ̣c đố i với môi trường và con người, do đó ngày nay người ta dùng những hơ ̣p
chấ t khác thân thiê ̣n môi trường hơn.
Trên thực tế , với vai trò chấ t hấ p thu ̣ UV, FA thường đươ ̣c sử du ̣ng dưới da ̣ng
đime hóa (bis-4,4’-(2-etoxy cacbonyl-1-etenyl)-2,2’-metoxyphenoxymetan) hơn là
da ̣ng monome do bản chấ t FA không bề n ở nhiê ̣t đô ̣ cao (bi ̣ phân hủy ở 176ºC).
Hơ ̣p chấ t đime này có khả năng hấ p thu ̣ ánh sáng ở vùng tử ngoa ̣i 260 – 370 nm, và
có hai bước sóng hấ p thu ̣ cực đa ̣i là 292 nm và 321 nm, nhiê ̣t đô ̣ phân hủy 359ºC,
cao hơn nhiề u so với nhiê ̣t đô ̣ phân hủy của FA.
Như chúng ta đã biế t, các hơ ̣p chấ t nitrit thường đươ ̣c sử du ̣ng làm phu ̣ gia trong
thực phẩ m để giữ màu và ngăn ngừa sự phát triể n của các vi sinh vâ ̣t, tuy nhiên trong
môi trường axit của da ̣ dày, nitrit sẽ phản ứng với các hơ ̣p chấ t khác sinh ra

6

nitrosamine, là mô ̣t chấ t có khả năng gây ung thư. FA có thể khóa phản ứng hình
thành nitrosamine, do đó ngăn ngừa nguy cơ gây ung thư [8]. Bên ca ̣nh đó, FA còn
có khả năng ngăn ngừa các bê ̣nh về tim ma ̣ch (cardiovascular disease), bê ̣nh đái tháo
đường (diabetes), bê ̣nh Alzheimer, chố ng ung thư đa ̣i tràng (colon disease), giảm
cholesterol trong huyết tương, etc [14].
Trong những thâ ̣p kỷ đầ u tiên của thế kỷ 20, FA đươ ̣c tổ ng hơ ̣p bằ ng phản ứng
giữa vanillin với axit malonic với hiê ̣u suấ t khá cao nhưng mấ t đế n 3 tuầ n để phản
ứng hoàn thành, hơn nữa, sản phẩ m là mô ̣t hỗn hơ ̣p giữa 2 da ̣ng đồ ng phân trans- và
cis- của FA trong khi đó chỉ có trans- tồ n ta ̣i ở da ̣ng tinh thể là da ̣ng đồ ng phân
đươ ̣c thương ma ̣i hóa. Rấ t nhiề u phương pháp khác nhau đươ ̣c sử du ̣ng để điều chế
FA, trong đó phương pháp thủy phân trong môi trường kiề m với sự hỗ trơ ̣ của sóng
siêu âm hoă ̣c vi sóng đươ ̣c dùng khá phổ biế n [2, 14, 17]. Bên ca ̣nh đó, các nghiên
cứu điều chế FA từ các sản phẩ m phu ̣ trong các quy trin
̀ h sản xuấ t công nghiê ̣p
cũng đươ ̣c quan tâm, điể n hình là thu hồ i FA và γ-oryzanol từ quy trình sản xuấ t
dầ u cám ga ̣o [4]. Ngoài ra, phương pháp chiế t FA và các hơ ̣p chấ t phenolic khác sử
du ̣ng phản ứng thủy phân kế t hơ ̣p với tăng áp suấ t cũng đã đươ ̣c nghiên cứu và đưa
ra đươ ̣c những kế t quả khá khả quan [2].
Nhiǹ chung, các nghiên cứu về tách chiế t, thu hồ i FA từ các nguồ n nguyên
liê ̣u đầ u vào khác nhau đề u có mô ̣t điể m chung đó là sử du ̣ng quá triǹ h thủy phân
trong môi trường kiề m, tùy từng nguyên liệu khác nhau mà điều kiện phản ứng sẽ
khác nhau. Mu ̣c đić h của quá trình này mô ̣t phầ n chiń h là để phá vỡ ma trâ ̣n hữu cơ
có chứa các lipit và axit béo tự do trong các nguyên liê ̣u đầ u vào (các loa ̣i thực vâ ̣t,
ngũ cố c); mă ̣t khác chính là tâ ̣n du ̣ng sự thủy phân của các hơ ̣p chấ t ferulat, este của
axit ferulic có trong các nguyên liê ̣u đầ u vào để điều chế FA với hiê ̣u suấ t cao. Mă ̣c
dù có nhiề u nghiên cứu về quá triǹ h tách chiế t FA từ các nguồ n nguyên liê ̣u khác

nhau, nhưng FA thu được sau các phản ứng thủy phân bao gồm cả FA tự do và FA
liên kết, bản chấ t của phản ứng thủy phân của các este của FA chưa được nghiên
cứu cụ thể.


7

1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về axit ferulic
Trên thế giới, có rất nhiề u nghiên cứu về phản ứng thủy phân đã được tiến
hành để điều chế FA từ các nguyên liê ̣u đầ u vào khác nhau. Theo cuố n sách “Rice
is life: scientific perspectives for the 21st century” (Tuyể n tập hội nghi ̣ các nghiên
cứu về gạo, Tsukuba, Nhật Bản) phản ứng thủy phân diễn ra trong 8 giờ ta ̣i 90 –
100ºC dưới áp suấ t khí quyể n với hiê ̣u suấ t thu đươ ̣c FA từ 70 – 90%. FA thô đươ ̣c
tinh chế la ̣i bằ ng quá trình tái kế t tinh sử du ̣ng hỗn hơ ̣p dung môi rươ ̣u etylic và
nước.
Tác giả Shenggiang Zhao [17] đã tiế n hành điề u chế FA từ cám ngô bằ ng cách
dùng các dung dich
̣ NaOH với các nồ ng đô ̣ khác nhau 0.2; 0.5; 0.75 và 1M; trô ̣n lẫn
với các dung dich
̣ EtOH với các nồ ng đô ̣ khác nhau 30, 50, 70 và 90%; sau đó chiế t
ta ̣i các nhiê ̣t đô ̣ khác nhau 65, 75, 85 và 95ºC, trong thời gian 1.5; 2; 2.5 đế n 3 giờ.
FA ta ̣o thành đươ ̣c lo ̣c bằ ng màng nano, và kế t tinh la ̣i. Hiê ̣u suấ t thu đươ ̣c FA cao
nhấ t là 81% ta ̣i 75 ºC trong 2 giờ, với nồ ng độ NaOH là 0.25M, nồ ng đô ̣ EtOH là
50%.
Mô ̣t nghiên cứu khác về tách FA trong bã miá [12] đã sử du ̣ng hỗn hơ ̣p dung
dich
̣ NaOH 0.5M và NaHSO3 100 mg/l với tỉ lê ̣ nguyên liê ̣u/dung dich
̣ chấ t phản
ứng là 1:10 (g/ml), phản ứng tiế n hành ở 50ºC trong 4 giờ. Trong khi đó, tác giả
Salleh [13] đã sử du ̣ng tỉ lê ̣ nguyên liê ̣u/dung dich

̣ chấ t phản ứng là 1:30 (g/ml) để
tách FA từ vỏ trấ u với nồ ng đô ̣ NaOH sử du ̣ng là 3.9 M, nhiê ̣t đô ̣ phản ứng 125 ºC,
trong 2.3 giờ.
Để tách FA từ cây xuyên khung, tác giả Yongyue [14] đã sử du ̣ng kỹ thuâ ̣t
sóng siêu âm với tầ n số 50 kHz để chiế t bằ ng dung môi EtOH ở nhiê ̣t đô ̣ phòng.
Điề u kiê ̣n tố i ưu đươ ̣c thiế t lâ ̣p là tỉ lê ̣ EtOH/mẫu là 8:1, thời gian siêu âm 30 phút,
hiê ̣u suấ t chiế t là 8,8%. Chiế t FA bằ ng phương pháp vi sóng đươ ̣c tác giả Zhilan
Ziu thực hiê ̣n đố i với cây xuyên khung [8], hiê ̣u suấ t cao nhấ t thu đươ ̣c FA là
76.19%.
Trong những năm gầ n đây, sử du ̣ng sóng siêu âm trong các quá trin
̀ h tách
chiế t cũng như để thúc đẩ y các phản ứng hóa ho ̣c xảy ra nhanh hơn là mô ̣t hướng đi
có nhiề u triể n vo ̣ng và thu hút đươ ̣c sự chú ý của các nhà khoa ho ̣c trên thế giới.


8

Trước đây đã có nhiề u nghiên cứu về ứng du ̣ng sóng siêu âm để tăng tố c phản ứng
thủy phân este sử du ̣ng chấ t xúc tác axit, xúc tác kiề m, kế t hơ ̣p sử du ̣ng dung môi
MeOH nhưng chủ yế u các nghiên cứu tâ ̣p trung vào các hơ ̣p chấ t metyl este và rấ t it́
các nghiên cứu nào về thủy phân este γ-oryzanol. Mô ̣t trong những nguyên nhân có
it́ nhà khoa ho ̣c chú ý đế n phản ứng này là vì bản thân γ-oryzanol đã là mô ̣t chấ t
chố ng oxy hóa rấ t hiê ̣u quả, cũng như khả năng làm giảm cholesterol trong máu của
hơ ̣p chấ t này đã đươ ̣c thương ma ̣i hóa thành các thực phẩ m chức năng trên thi ̣
trường [5].
Một số nhà khoa học trên thế giới đã trình bày phương pháp tách trực tiếp γoryzanol từ soapstock bằng dung môi (hình 1.3), hoặc tách γ-oryzanol từ phần còn
lại của soapstock sau khi chưng cất để thu hồi các axit béo bằng phương pháp chiết
bằng dung dịch lỏng siêu tới hạn [17].
Soapstock

Hòa tan trong hỗn hợp dung môi

Chiết γ-oryzanol

Dung dịch chứa γ-oryzanol
(20-30%)

Axit béo và KCl (sản phẩm phụ)
Hình 1.3. Sơ đồ tách γ-oryzanol từ soapstock

.

Phương pháp chiết γ-oryzanol bằng phương pháp dung môi thông thường
không cho hiệu suất cao, trong khi đó chi phí của quá trình chiết bằng chất lỏng siêu
tới hạn lại đắt đỏ. Vì vâ ̣y, cầ n phải nghiên cứu tìm ra mô ̣t phương pháp có hiê ̣u suấ t


9

cao với chi phí vừa phải. Phương pháp chiế t kế t hơ ̣p với sử du ̣ng sóng siêu âm là
mô ̣t phương pháp đem la ̣i hiê ̣u quả cao, chi phí thấ p, là mô ̣t phương pháp hứa he ̣n
sẽ thay thế các phương pháp cũ trong tương lai.
Ta ̣i Viê ̣t Nam, đã có một vài đề tài nghiên cứu được coi là tiền đề cho việc điều
chế FA từ các sản phẩm phụ có chứa γ-oryzanol, ví dụ như dầu kiềm thải
(soapstock) – một sản phẩm phụ của ngành chế biến dầu cám gạo. Đó là đề tài:
“Thủy phân gamma oryzanol bằng phương pháp đồng dung môi và phân tích đồng
thời các sản phẩm của phản ứng bằng phương pháp sắc ký lỏng cao áp”
1.3. Các ứng dụng của axit ferulic
1.3.1. Tác nhân chống oxy hóa
Giống như nhiều phenol khác, FA cũng thể hiện các hoạt tính chống oxy hóa

bằng cách nhường một nguyên tử hydro từ nhóm phenolic hydroxyl của nó [1].
Điều này được chứng minh bằng một thí nghiệm với loài chuột bị phù nề chân, kết
quả cho thấy hoạt tính kháng viêm mạnh của FA [6]. Ngoài ra, thí nghiệm còn cho
thấy khả năng chống oxy hóa của axit phenolic là tương đương với Lecithin. Sự ổn
định tính cộng hưởng trong phân tử FA là nguyên nhân chính về tính chất chống
oxy hóa của nó.
1.3.2. Tác nhân chống lão hóa và bệnh đái tháo đường
Bệnh tiểu đường, rối loạn nội tiết phổ biến nhất ở con người được biểu hiện
bởi sự gia tăng đường huyết, khi các gốc tự do được sinh ra liên tục và sự mất cân
bằng giữa pro – oxy hóa và chất chống oxy hóa [1]. Điều này được giải thích là do
sự có mặt của streptozotocin sinh ra các gốc tự do – nguyên nhân chính của bệnh
tiểu đường.
FA giúp trung hòa các gốc tự do hiện diện trong tuyến tụy, do đó FA có tác
dụng làm giảm độc tính của streptozotocin. Việc làm giảm độc tính này có thể giúp
các tế bào β sinh sản thêm insulin trong tuyến tụy, làm tăng việc sử dụng glucose từ
các mô gan, từ đó làm giảm nồng độ glucose trong máu [8].


10

1.3.3. Tác nhân ngăn ngừa sự đổi màu lương thực
FA đã được sử dụng để duy trì màu sắc của đậu xanh, ngăn chặn sự đổi màu
của trà xanh, và quá trình oxy hóa của chuối chuyển sang màu đen, nghĩa là FA có
tác dụng làm giảm tính nhiễm khuẩn [10].
1.3.4. FA là tiền thân của vanillin
Trong những năm qua, sự xuất hiện của vanilin có ý nghĩa rất lớn trong thị
trường hương vị. Nó được sử dụng như một chất gia vị trong thực phẩm, đồ uống,
dược phẩm và các ngành công nghiệp khác.
Vanillin cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp nước hoa cho việc tạo ra
chất lượng tốt của nước hoa, trong các sản phẩm làm sạch, trong thức ăn chăn nuôi

và dược phẩm để giảm các mùi khó chịu hay mùi vị của thuốc. Sinh tổng hợp
vanillin từ FA (hình 1.4) được thực hiện bằng việc chuyển đổi của FA vào feruloyl
SCoA (giảm feruloyl coenzym A) sử dụng ATP (adenosine triphosphate) và
CoASH (giảm coenzym A). Loại bỏ nước và CH3COSCoA (giảm acetyl coenzyme
A) phân tử chuyển đổi feruloyl SCoA cuối cùng vào vanillin.
Ngoài các chức năng trên, vanilin còn được sử dụng trong việc pha dung dịch
thuốc hiện màu, sử dụng trong việc chạy sắc ký bản mỏng.


11

Hình 1.4. Sơ đồ sinh tổng hợp vanillin từ FA
(Nguồn internet)
1.3.5. Sử dụng axit ferulic trong mỹ phẩm
FA là một chất có khả năng chống tia UV mạnh, FA ức chế sự hình thành
melanin thông qua ức chế cạnh tranh với Tyrosine. Nó có khả năng bảo vệ làn da
chống lại các tia cực tím, tia bức xạ năng lượng mặt trời. Khi FA kết hợp với
vitamin E và vitamin C thì nó tăng khả năng bảo vệ da lên khoảng 4 – 8 lần, hàm
lượng hỗn hợp trong một thí nghiệm được báo cáo là FA (0.5%), vitamin E (1%) và
vitamin C (15%) [8].
1.3.6. Tác nhân chống ung thư
FA có tác dụng kích thích các enzyme có lợi, tăng cường các gen UGT
enzyme (UDP-glucuronosyltransferases) hoạt động mạnh trong gan, do đó phân giải
tốt các hợp chất gây ung thư, vì vậy phòng ngừa được ung thư đường tiêu hóa [5].
Gen UGT xúc tác liên hợp cho các hợp chất ngoại sinh và nội sinh với acid
glucuronic, tăng cường độ hòa tan trong nước tạo điều kiện cho sự bài tiết qua mật
và nước tiểu [7]. FA cũng ức chế sự tăng trưởng của tế bào ung thư ruột kết, tế bào
ung thư vú [11]. Ngoài ra, FA còn giảm tác dụng phụ của hóa trị và xạ trị của ung
thư bằng cách tăng phòng thủ miễn dịch tự nhiên [9].

12

1.3.7. Tác dụng bảo vệ phổi và tim mạch
Nicotine là một trong những hợp chất độc hại chính của khói thuốc lá. Nó gây
ra các tổn thương tế bào do các quá trình oxy hóa làm tăng peroxid hóa lipid, khi có
mặt của FA thì một số phản ứng ngược lại với quá trình oxy được thiết lập. FA gây
ra một sự gia tăng đáng kể các chất chống oxy hóa nội sinh, bảo vệ các tế bào khỏi
bị hư hại do quá trình oxy hóa. FA bảo vệ màng bằng cách dập tắt các gốc tự do tấn
công màng. Nó cũng ức chế sự rò rỉ của các enzyme có hại, có tác dụng điều hòa
huyết áp [14]. Các nghiên cứu cũng cho thấy rằng muối natri của FA giảm lipid
trong máu, ức chế kết tập tiểu cầu và ngăn ngừa sự hình thành huyết khối [16].
1.3.8. Chất bảo quản thực phẩm
FA được sử dụng như chất bảo quản thực phẩm đầu tiên được thực hiện tại
Nhật Bản, bảo quản cam và để ức chế Autoxidation trong dầu hạt lanh [15]. Ngoài
ra, khi có mặt đồng, sắt, các hợp chất phenolic hay FA còn được dùng làm chất ổn
định trong mỡ động vật và trong dầu đậu tương.
1.4. Dầu kiềm thải soapstock – nguyên liệu điều chế axit ferulic
Dầu kiềm thải soapstock là mô ̣t loa ̣i sản phẩ m phu ̣ đươ ̣c thải ra có hàm lươ ̣ng
γ-oryzanol cao. Không chỉ riêng dầ u cám ga ̣o, mà trong tấ t cả các quy trin
̀ h sản xuấ t
dầ u thực vâ ̣t trên thế giới như dầ u đâ ̣u nành, dầ u hướng dương, dầ u mè,…đề u có
sản phẩm phụ soapstock, mô ̣t sản phẩ m phu ̣ có hàm lươ ̣ng lớn các hợp chấ t có giá
tri,̣ việc tối ưu hóa các điều kiện tách chiết các hợp chất có giá trị này với chi phí
thấp sẽ mang lại lợi ích kinh tế không nhỏ cho ngành công nghiệp sản xuất dầu ăn
[10].
Trong đề tài này tập trung nghiên cứu về soapstock của dầu cám gạo với một
hàm lượng không nhỏ γ-oryzanol.

13

Hin
̀ h 1.5. Công thức cấ u ta ̣o các hơ ̣p chấ t của γ-oryzanol
Dầu cám gạo thường được trích ly từ cám gạo bằng dung môi n-hexan (dùng
loại dung môi đạt tiêu chuẩn thực phẩm) hoặc bằng phương pháp sử dụng chất lỏng
siêu tới hạn. Dầu cám gạo thô thu được sau quá trình trích ly được tinh chế bằng
phương pháp vật lý hoặc phương pháp hóa học, trong đó phương pháp hóa học
thường cho sản phẩm dầu tinh có màu sắc đẹp mắt và độ đục thấp hơn, tuy nhiên
phần lớn các hợp chất có giá trị như γ-oryzanol, vitamin E, axit ferulic, axit
phytic,…thường bị mất mát trong quá trình tinh chế; thay vì trở thành thành phần
dinh dưỡng quý giá trong dầu cám gạo thì các hợp chất này lại nằm trong các sản
phẩm phụ của nhà máy, trong đó hàm lượng γ-oryzanol cao nhất được tìm thấy
trong dầu kiềm thải soapstock.
Ảnh hưởng của các quá trình khác nhau trong quy trình tinh chế dầu cám gạo
đến hàm lượng γ-oryzanol trong dầu cám được nghiên cứu bởi tác giả Krishna [2],
theo đó 93.0 – 94.6% γ-oryzanol trong dầu cám gạo bị mất đi vào soapstock, dẫn
đến sự mất mát các hợp chất có giá trị trong dầu cám gạo. Do vậy, việc thu hồi lại
hàm lượng γ-oryzanol từ soapstock hoặc thủy phân nó để điều chế FA là nghiên cứu
rất cần thiết.
Xét về mă ̣t cấ u trúc thì γ-oryzanol là mô ̣t hơ ̣p chấ t rấ t khó bi ̣thủy phân do các
nhóm thế da ̣ng cholesterol là nhóm thế lớn (hình 1.5), gây nên hiê ̣u ứng không gian,
mô ̣t mă ̣t cản trở các tác nhân hóa ho ̣c tấ n công nhóm chức este, mă ̣t khác hiê ̣u ứng


14

không gian sẽ làm mấ t tính phẳ ng trong hê ̣ liên hơ ̣p, do đó phản ứng thủy phân γoryzanol không tuân theo tỷ lê ̣ hơ ̣p thức trên trên lý thuyế t.
Trích ly
Trích ly

Dầu cám gạo
Gạo nguyên cám

Cám gạo
Soapstock

Hình 1.6. Quy trình điều chế axit ferulic từ dầu kiềm thải soapstock
Phản ứng thủy phân của γ-oryzanol diễn ra với tác nhân phản ứng là kiề m xảy
ra như sau:

Hin
̀ h 1.7. Sơ đồ phản ứng thủy phân γ-oryzanol


15

Sau khi phản ứng thủy phân xảy ra, FA đươ ̣c ta ̣o thành dưới da ̣ng muố i của
kim loa ̣i kiề m, axit hóa dung dich
̣ phản ứng bằ ng axit sunfuric loañ g thì FA sẽ tách
ra dưới da ̣ng kế t tủa trắ ng cùng với mô ̣t số ta ̣p chấ t khác. Viê ̣c tinh chế FA đươ ̣c
thực hiê ̣n bằ ng phương pháp tái kế t tinh trong môi trường rươ ̣u – nước [2].
1.5. Nguồn nguyên liệu soapstock tại Việt Nam
Hiện tại, nguồn nguyên liệu soapstock phục vụ cho công việc nghiên cứu được
thu lấy tại công ty TNHH Wilmar Agro Việt Nam – tiền thân là chi nhánh Công ty
TNHH Dầu Thực vật Cái Lân tại Cần Thơ – được thành lập vào năm 2003, tọa lạc
tại Khu công nghiệp Hưng Phú 1, phường Tân Phú, quận Cái Răng thành phố Cần
Thơ, ngành nghề kinh doanh là chế biến dầu thực vật, thu mua và chế biến nông
sản, thực phẩm.
Kể từ tháng 10 năm 2008, Công ty TNHH Wilmar Agro Việt Nam chính thức

trở thành công ty 100% vốn đầu tư nước ngoài, trực thuộc tập đoàn Wilmar
International, có trụ sở chính tại Singapore, một tập đoàn hàng đầu trong sản xuất,
chế biến và kinh doanh tất cả các loại dầu, mỡ động – thực vật và các mặt hàng
nông sản, thực phẩm khác. Hiện tại Công ty TNHH Wilmar Agro Việt Nam đang
tập trung hoạt động trong lĩnh vực kinh doanh cám gạo và trích ly dầu cám với công
suất 500 tấn nguyên liệu/ ngày. Đây là một lĩnh vực tiên phong tại thị trường nông
sản Việt Nam, sử dụng công nghệ tiên tiến của Đức trong dây chuyền sản xuất.
Công ty tận dụng nguồn nguyên liệu cám gạo tươi dồi dào tại đồng bằng sông
Cửu Long dùng để trích ly dầu cám gạo chất lượng cao phục vụ xuất khẩu. Cám gạo
đã trích ly dầu, gọi là cám gạo giàu đạm với thương hiệu Cám Vàng, được nhà máy
cung cấp cho các đơn vị sản xuất thức ăn gia súc và thủy sản cả nước, đặc biệt là
khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long và miền Đông Nam Bộ. Nhằm đạt được mục
tiêu đề ra là sẽ trở thành một công ty hàng đầu trong lĩnh vực trích ly, kinh doanh
cám gạo và dầu cám ở Việt Nam, công ty đang có dự án nâng cao năng suất sản
xuất và mở rộng kế hoạch kinh doanh từ nay đến năm 2010. Dự kiến sẽ mở thêm
nhiều trung tâm thu mua và sơ chế tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long, song
song đó là hoạt động kinh doanh sẽ lan rộng ra khắp khu vực phía Bắc.