Nghiên cứu động học quá trình trích ly phenolic tổng từ lá trà già

rong nghiên cứu này, mô hình động học thông qua việc khảo sát ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu và nhiệt độ đã được thực hiện. Hàm lượng phenolic tăng lên khi giảm kích thước, tăng tỷ lệ dung môi/nguyên liệu và nhiệt độ. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng tại các điều kiện trích ly như kích thước nguyên liệu ≤ 0,3 mm, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu là 15:1, nhiệt độ trích ly 60oC, thời gian trích ly 40 phút thì hàm lượng phenolic thu được là 74,13 (mg GAE/g chất khô nguyên liệu) với vận tốc trích ly ban đầu 50,90 (mg GAE/g chất khô.phút) và năng lượng hoạt hóa là 16,162 KJ/mol. Mô hình động học trích ly phenolic từ lá trà già dựa trên giả thiết của hàm số bậc hai đã được xây dựng thành công để dự đoán được cơ chế trích ly. Dựa vào phương trình động học có thể xác định được các thông số như: khả năng trích ly Ce, vận tốc trích ly vo, hằng số trích ly k, năng lượng hoạt hóa E, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tối ưu hóa, thiết kế, mô phỏng và kiểm soát đáng kể các chi phí ở quy mô công nghiệp.

pdf11 trang | Chia sẻ: Tiểu Khải Minh | Ngày: 17/02/2024 | Lượt xem: 33 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu động học quá trình trích ly phenolic tổng từ lá trà già, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Kỷ yếu hội thảo khoa học – Phân ban Công nghệ thực phẩm 19 NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH TRÍCH LY PHENOLIC TỔNG TỪ LÁ TRÀ GIÀ Lã Thị Thảo Mai1, Bùi Hoàng Vy1, Nguyễn Thanh Nam1, Trần Chí Hải1,* 1Khoa Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học công nghiệp thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh *Email: haitc@cntp.edu.vn Ngày nhận bài: 15/06/2017; Chấp nhận đăng: 02/07/2017 TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, mô hình động học thông qua việc khảo sát ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu và nhiệt độ đã được thực hiện. Hàm lượng phenolic tăng lên khi giảm kích thước, tăng tỷ lệ dung môi/nguyên liệu và nhiệt độ. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng tại các điều kiện trích ly như kích thước nguyên liệu ≤ 0,3 mm, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu là 15:1, nhiệt độ trích ly 60oC, thời gian trích ly 40 phút thì hàm lượng phenolic thu được là 74,13 (mg GAE/g chất khô nguyên liệu) với vận tốc trích ly ban đầu 50,90 (mg GAE/g chất khô.phút) và năng lượng hoạt hóa là 16,162 KJ/mol. Mô hình động học trích ly phenolic từ lá trà già dựa trên giả thiết của hàm số bậc hai đã được xây dựng thành công để dự đoán được cơ chế trích ly. Dựa vào phương trình động học có thể xác định được các thông số như: khả năng trích ly Ce, vận tốc trích ly vo, hằng số trích ly k, năng lượng hoạt hóa E, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tối ưu hóa, thiết kế, mô phỏng và kiểm soát đáng kể các chi phí ở quy mô công nghiệp. Từ khóa: Động học trích ly, hàm lượng phenolic, lá trà già. 1. MỞ ĐẦU Cây trà có tên khoa học là Camelia Sinensis O.Ktze. Trà là loại thức uống bổ dưỡng, có giá trị sinh học cao nhờ chữa được một số bệnh về tim mạch, là loại thuốc về tiêu hóa, lợi tiểu và chống nhiễm xạ [1]. Đặc biệt, phenolic - hợp chất chống oxi hóa tự nhiên trong trà, giúp chống lại ung thư và lão hóa đem lại sức khỏe tốt cho con người. Trong công nghệ chế biến trà và các sản phẩm từ trà thì lá non là phần được thu hoạch nhiều nhất, trong khi lá già chỉ được dùng để pha nước trà xanh hoặc không thu hoạch gây nên sự lãng phí cho nguồn nguyên liệu. Vì vậy, nghiên cứu quá trình trích ly hợp chất phenolic từ lá trà già là một hướng đi mới cho ngành trà Việt Nam. Việc sử dụng mô hình toán học để nghiên cứu quá trình trích ly đã được nghiên cứu thành công trên một số đối tượng: mô hình động học quá trình trích ly dầu từ hạt jatropha có sự hỗ trợ của công nghệ DIC được dùng để xác định, tính toán các tác động lên cấu trúc hạt của công nghệ DIC [2]. Lã Thị Thảo Mai, Bùi Hoàng Vy, Nguyễn Thanh Nam, Trần Chí Hải 20 Với bã nho Wenjuan Qu, Zhongli Pan, Haile Ma đã xây dựng mô hình động học để xác định khả năng trích ly, vận tốc và hằng số trích ly các các chất chống oxi hóa [3]. Bên cạnh đó, Ana Bucíc – Kojíc và cộng sự cũng đã chỉ ra ảnh hưởng của kích thước hạt, tỉ lệ dung môi/ nguyên liệu và nhiệt độ đến quá trình trích ly polyphenol từ hạt nho đồng thời mô hình động học trích ly cũng được xây dựng dựa trên phương trình Peleg [4]. Mô hình Arrhenius được sử dụng để mô tả mối quan hệ giữa tốc độ trích ly và nhiệt độ. Tuy nhiên, vẫn chưa có công trình nào xây dựng cho mô hình động học trích ly phenolic từ lá trà già. Mục tiêu của nghiên cứu này là xác định kích thước, tỉ lệ dung môi/nguyên liệu và nhiệt độ tốt nhất cho việc trích ly phenolic tổng trong điều kiện thí nghiệm. Từ đó, các thông số sẽ được thiết lập để dự đoán quá trình và cơ chế trích ly, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tối ưu hóa, thiết kế, mô phỏng và kiểm soát đáng kể các đề án công nghiệp, đồng thời tận dụng tốt hơn thời gian và năng lượng, nâng cao hiệu quả trích ly hợp chất này. 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu Nguyên liệu sử dụng là lá trà già được thu hái tại xã Lộc Châu, Bảo Lộc, Lâm Đồng. Lá trà đảm bảo còn tươi nguyên, không bị dập, nát, không bị sâu hại. Mẫu trà được diệt men ngay bằng hơi nước nóng ở 95 – 100oC trong 2 phút và sấy khô ở 40 – 50oC trong 8 giờ [5]. Thành phần nguyên liệu gồm nước, carbohydrat, phenolic, caffeine, các axit amin và các nhóm hợp chất khác. Hàm ẩm của nguyên liệu liệu 6,64%. Trà sau khi sấy được xay nhỏ thành nhiều kích thước khác nhau như: ≤ 0,3mm, 0,3 ≤ L ≤ 0,5 mm, 0,5 ≤ L ≤ 1,0 mm, 1,0 ≤ L ≤ 2,0 mm và bảo quản trong túi nilon kín, tối màu, tránh ánh sáng trực tiếp. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Trích ly phenolic từ lá trà già Ba thông số ảnh hưởng đến quá trình trích ly được sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm kích thước nguyên liệu, tỉ lệ dung môi/nguyên liệu và nhiệt độ. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu: Để nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu, mỗi mẫu trà được cân chính xác (khoảng 1g) theo từng kích thước khác nhau (≤ 0,3 mm, 0,3 ≤ L ≤ 0,5 mm, 0,5 ≤ L ≤ 1,0 mm và 1,0 ≤ L ≤ 2,0 mm) sau đó đem trích ly với nước cất (15g) ở nhiệt độ 500C lần lượt với các mốc thời gian là 0, 20, 40, 60 và 80 phút. Tiến hành lọc, hút 1ml dịch lọc pha loãng 100 lần rồi hút 0,5 ml cho vào ống nghiệm. Tiếp tục cho 2,5 ml thuốc thử Folin đã pha loãng 10 lần, lắc đều đợi 3 – 5 phút cho tiếp 2 ml Na2CO3 7,5%. Để trong bóng tối 1 giờ rồi tiến hành đo quang với bước sóng 765 nm. Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/nguyên liệu: Cân chính xác 5 mẫu trà riêng biệt (khoảng 1g) và trộn với 5 mẫu nước tương ứng theo các trọng lượng là 10, 15, 20, 25, 30 g nước để tạo ra tỉ lệ dung môi/nguyên liệu 10/1, 15/1, 20/1, 25/1 và 30/1. Quá trình trích ly được thực hiện ở 500C trong khoảng thời gian là 0, 20, 40, 60 và 80 phút cho mỗi mẫu. Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly: Nhiệt độ trích ly được sử dụng trong thí nghiệm này là 50, 60, 70 và 800C cho mỗi thời gian trích ly là 0, 20, 40, 60 và 80 phút. Nghiên cứu động học quá trình trích ly phenolic tổng từ lá trà già 21 Trong quá trình trích ly dung dịch mẫu được chứa trong cốc thủy tinh bọc kín và đậy nắp để tránh sự oxi hóa xảy ra đối với mẫu được chiết xuất. Và được ngâm trong bể điều nhiệt tương ứng với từng nhiệt độ khảo sát. 2.2.2. Xây dựng mô hình động học trích ly phenolic Quá trình chiết xuất chất rắn – lỏng có thể được xem là ngược lại của quá trình hấp phụ, do đó cơ sở của các phương trình động học hấp phụ có thể được áp dụng cho việc trích ly chất rắn – lỏng và các định luật của hàm bậc hai đã được tìm thấy để đáp ứng tốt nhất cho việc trích ly [6]. Phương trình bậc hai tổng quát cho mô hình động học có thể viết như sau: )1()( 2te t t CCk d dC  Trong đó: k là hằng số tốc độ trích ly bậc hai (g/mg.phút) Ce là khả năng trích ly của phenolic tổng trong chất lỏng chiết xuất (mg/g chất khô) Ct là khả năng trích ly của phenolic tổng trong chất lỏng chiết xuất ở một thời gian trích ly nhất định (mg/g chất khô) Quy luật trích ly theo mô hình bậc hai nằm trong điều kiện biên t = 0 đến t và Ct = 0 đến Ct, có thể viết theo phương trình đường thẳng như sau: )2( 1 2 ktC ktC C e e t   )3( 11 2 eet CkCC t  Tốc độ trích ly ban đầu Vo (mg/g.phút), là Ct/t khi t tiến đến 0 và được xác định bởi phương trình sau: )4(. eo CkV  Sau khi biến đổi (3) và (4), Ct có thể được biểu diễn như sau: )5( )/()/1( eo t CtV t C   Các thông số Ce, Vo và k được xác định từ độ dốc của đồ thị trên hai trục tọa độ t và t/Ct Gỉa sử rằng mô hình động học bậc 2 có thể áp dụng để đo ảnh hưởng của các biến (L, Z và T). Do đó, Ce, Vo và k có mối quan hệ với các biến trên và được điều chỉnh bởi mô hình hàm số. Phương trình Arrhenius đã được sử dụng để mô tả mối quan hệ giữa hằng số trích ly k và nhiệt độ Ta, phương trình được viết như sau: )6( 1000 exp        a o RT E kk Lã Thị Thảo Mai, Bùi Hoàng Vy, Nguyễn Thanh Nam, Trần Chí Hải 22 Trong đó: ko là hệ số nhiệt độ độc lập (g/mg.phút), E là năng lượng kích hoạt của quá trình trích ly (KJ/mol), R là hằng số khí (8,314 J/mol.K) và Ta là nhiệt độ trích ly (oK). Đồ thị ln(k) với 1000/Ta được sử dụng để tính ko và E [3]. 2.3. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 2.3.1. Phương pháp phân tích Hàm lượng phenolic tổng được xác định dựa trên phương pháp quang phổ so màu, sử dụng thuốc thử Folin-Ciocateu và chất chuẩn là aicd galic với một số sửa đổi. 1ml dịch trích ly được pha loãng với 99 ml nước cất, hút 0,5 ml dịch đã pha loãng cho vào ống nghiệm, thêm 2,5 ml thuốc thử Folin-Ciocateu đã pha loãng 10 lần, lắc đều, để trong bóng tối 3 – 5 phút. Sau đó, thêm 2 ml Na2CO3 (7,5%), lắc đều và để trong tối 60 phút. Độ hấp thu quang được đo ở bước sóng 765nm [7]. 2.3.2. Phương pháp xử lý số liệu Mỗi thí nghiệm được lặp lại ba lần, kết quả được trình bày ở dạng giá trị trung bình ± giá trị sai số. Đánh giá sự khác biệt có ý nghĩa giữa các mẫu thí nghiệm được thực hiện bằng phương pháp thống kê ANOVA, kiểm định LSD (α = 0,05) trên phần mềm Statgraphics phiên bản XV và đồ thị được vẽ bằng Microsoft Excel 2010. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Trích ly phenolic từ lá trà già 3.1.1. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu Hình 1. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hàm lượng phenolic theo thời gian a,b,c,dCác chữ cái khác nhau trong cùng một thời gian thể hiện sự khác nhau có ý nghĩa về mặt thống kê theo phân tích ANOVA (p < 0,05) d c d d d c c c c c b b b b b a a a a a 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 0,3 0,5 1 2 H àm lư ợ n g P P ( m g G A E / g ch ất k h ô n g u y ên l iệ u ) Thời gian (phút) Nghiên cứu động học quá trình trích ly phenolic tổng từ lá trà già 23 Hàm lượng phenolic tổng tăng lên nhanh chóng và sau đó đạt đến sự ổn định với sự gia tăng thời gian trích ly (Hình 1). Đồng thời, kích thước nguyên liệu càng nhỏ hàm lượng phenolic thu được càng cao và kích thước 0,3 cho hàm lượng phenolic cao nhất. Điều này là do kích thước nguyên liệu càng nhỏ diện tích tiếp xúc giữa hạt và dung môi càng lớn, hàm lượng phenolic trích ly ra được càng nhiều. Kết quả này tương tự với báo cáo của Wenjuan Qu, Zhongli Pan, Haile Ma về hàm lượng phenolic tăng đáng kể với việc giảm kích thước nguyên liệutrong quá trình chiết xuất các chất chống oxy hoá từ bã nho [3]. Landbo và Meyer cũng cho kết quả tương tự [8]. Tại kích thước 0,3 mm hàm lượng phenolic tổng thu được là 69,34; 87,81; 96,72; 97,78; 98,84 mg GAE/g chất khô tương ứng với thời gian trích ly là 0; 20; 40; 60 và 80 phút. Khi tăng thời gian trích ly từ 0 phút (69,34 mg GAE/g chất khô) đến 80 phút (98,84 mg GAE/g chất khô) thì hàm lượng phenolic tổng tăng 1,43 lần. Từ 0 phút đến 40 phút hàm lượng phenolic tổng tăng rất nhanh nhưng khi tăng thời gian trích ly từ 40 phút đến 80 phút hàm lượng phenolic tăng không đáng kể. Điều này giải thích do thời gian đầu trích ly (< 40 phút) thì hàm lượng chất chiết ra khỏi tế bào cao do chênh lệchnồng độ giữa dung môi và cơ chất nên quá trình khuếch tán xảy ra nhanh chóng. Đến một thời điểm nào đó thì chênh lệch nồng độ này sẽ nhỏ và chất chiết sẽ đi ra châṃ, đồng thời lượng chất chiết trong mẫu luôn có giới hạn trong mẫu nên tăng thời gian trích ly lên thì hiệu quả chiết sẽ không tăng nữa. Nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Trâm và cộng sự cũng cho kết quả tương tự khi tăng thời gian trích ly từ 20 ÷ 40 phút thì hàm lượng phenolic tăng nhanh, thời gian từ 40 ÷ 60 phút thì hàm lượng phenolic không khác nhau về mức ý nghĩa (P>0,05) [9]. Vì vậy, để thu hồi được hàm lượng phenolic tổng cao và tiết kiệm thời gian thì kích thước 0,3 mm với thời gian trích ly là 40 phút là lựa chọn thích hợp. 3.1.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/nguyên liệu Hình 2. Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/nguyên liệu đến hàm lượng phenolic tổng đối với nguyên liệu trà già a,b,c,d,e Các chữ cái khác nhau trong cùng một thời gian thể hiện sự khác nhau có ý nghĩa về mặt thống kê theo phân tích ANOVA (p < 0,05). a a a a a b b b b b c c c c c d d c c d d d d d e 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 80 10/1 15/1 20/1 25/1 30/1 H àm lư ợ n g P P m g G A E / g c h ất k h ô n g u y ên l iệ u Thời gian (phút) Lã Thị Thảo Mai, Bùi Hoàng Vy, Nguyễn Thanh Nam, Trần Chí Hải 24 Hàm lượng phenolic tổng có trong lá trà già ở kích thước 0,3 mm khi tỉ lệ dung môi/nguyên liệu và thời gian trích ly biến đổi ở các giá trị khác nhau trong điều kiện nhiệt độ trích ly là 500C (Hình 2). Ta thấy rằng, hàm lượng phenolic tổng tăng lên khi tăng tỉ lệ dung môi/nguyên liệu, do tỉ lệ dung môi/chất rắn càng lớn dẫn đến sự chênh lệch gradient nồng độ càng cao trong quá trình khuếch tán nguyên liệu vào trong dung dịch, hiệu quả trích ly tăng lên [3]. Hàm lượng phenolic tổng ở các tỉ lệ dung môi/nguyên liệu với các giá trị tương ứng 10/1, 15/1, 20/1, 25/1, 30/1 là 59,46 mg GAE/g chất khô, 80,74 mg GAE/g chất khô, 84,57 mg GAE/g chất khô, 83,25 mg GAE/g chất khô, 88,17 mg GAE/g chất khô. Giá trị này tăng mạnh ở tỉ lệ dung môi/nguyên liệu là 15/1, tuy nhỏ hơn các tỉ lệ 20/1, 25/1, 30/1 nhưng không đáng kể. Bên cạnh đó, tại tỉ lệ dung môi/nguyên liệu là 15/1 hàm lượng phenolic tổng hầu như tăng rất ít (1,59%) trong khoảng 0 phút đến 20 phút, sau đó tăng nhiều ở 20 phút đến 40 phút (37,08%) và tăng ít sau 40 phút hoặc có thể đạt trạng thái cân bằng. Vì vậy, với thời gian 40 phút và tỉ lệ dung môi/nguyên liệu là 15/1 là tốt nhất cho quá trình trích ly giúp tiết kiệm thời gian và dung môi. Hình 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng phenolic tổng theo thời gian đối với nguyên liệu trà già. a,b,c,d Các chữ cái khác nhau trong cùng một thời gian thể hiện sự khác nhau có ý nghĩa về mặt thống kê theo phân tích ANOVA (p < 0,05) 3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly Hàm lượng phenolic tăng khi tăng nhiệt độ và thời gian trích ly. Hàm lượng phenolic ở nhiệt độ 50oC; 60oC; 70oC; 80oC tương ứng lần lượt là 69,46; 74,13; 76,55; 79,79 mg GAE/g chất khô. Hàm lượng phenolic tăng mạnh từ nhiệt độ 50oC (69,46 mg GAE/g chất khô) đến 60oC (74,13 mg GAE/g chất khô gấp 1,07 lần. Từ 60oC đến 80oC có tăng nhưng tăng không đáng kể. Tại nhiệt độ 60oC hàm lượng phenolic tăng dần theo thời gian nhưng tăng mạnh nhất từphút 20 (68,37 mg GAE/g chất khô) đến phút thứ 40 (77,33 mg GAE/g chất khô). Từ phút 40 đến phút 80 có tăng a a a a a b b b b b c c b c c d d c d d 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 20 40 60 80 50 60 70 80 H àm lư ợ n g p h en o li c tổ n g ( m g G A E / g ch ất k h ô ) Thời gian (phút) Nghiên cứu động học quá trình trích ly phenolic tổng từ lá trà già 25 nhưng tăng không đáng kể chỉ từ 77,34 mg GAE/g chất khô lên 79,82 mg GAE/g chất khô. Kết luâṇ, để thu hồi được hàm lượng phenolic cao thì nhiệt độ trích ly được chọn là 60oC thời gian phù hợp cho quá trình trích ly là 40 phút. 3.2. Động lực học của quá trình trích ly phenolic Các thông số động học của quá trình trích ly phenolic từ lá trà già với sự thay đổi kích thước nguyên liệu, tỉ lệ dung môi/nguyên liệu và nhiệt độ được thể hiện trong Bảng 1. Bảng 1. Các thông số của mô hình bậc hai để trích ly phenolic từ lá trà già với kích thước, tỉ lệ dung môi/nguyên liệu và nhiệt độ trích ly khác nhau. a,b,c,d,eCác chữ cái khác nhau trong cùng một cột thể hiện sự khác nhau có ý nghĩa về mặt thống kê theo phân tích ANOVA (p < 0,05). Các giá trị Vo, Ce và k tương ứng cho các biến L, Z và T khác nhau thu được từ độ dốc của đồ thị trên hai trục tọa độ t và t/Ct và được liệt kê trong Bảng 1. Các thông số động học này giảm khi kích thước nguyên liệu tăng. Vì Vo, Ce và k đều phụ thuộc vào L. Gía trị Vo, Ce và k ứng với các giá trị L khác nhau được biểu diễn bởi đường tuyến tính và hàm lũy thừa của hệ số xác định cao (R2 = 0.9507 – 0.9886). Hàm số của đồ thị tại Hình 4 được biểu diễn như sau: Ce = -9,8652L + 102,62 R2 = 0,9507 (7) Vo = 35,862L-0,762 R2 = 0,9886 (8) Loại biến Tốc độ trích ly ban đầu Vo (mg/g ck.phút) Hằng số tốc độ trích ly k (g/mg.phút) Khả năng trích ly Ce (mg/g ck) R2 Kích thước nguyên liệu, L (mm) 0,3 83,82 ± 1,20a 0,00838 ± 0,0001a 100,00 ± 0,000a 0,9990 0,5 66,58 ± 2.08b 0,00725 ± 0,0003a 95,85 ± 0,432b 0,9987 1,0 36,09 ± 2,55c 0,00400 ± 0,0003b 94,94 ± 0,424b 0,9952 2,0 20,55 ± 4,95d 0,00306 ± 0,0008b 82,21 ± 1,140c 0,9870 Tỉ lệ dung môi/nguyên liệu Z (g/g) 10/1 16,38 ± 0,2868a 0,0031 ± 0,0000a 73,17 ± 0,2530a 0,9951 15/1 23,20 ± 0,5656b 0,0031 ± 0,0001ab 86,46 ± 0,7007b 0,9888 20/1 30,28 ± 0,5576bc 0,0037 ± 0,0001 ab 90,64 ± 0,3861c 0,9926 25/1 32,02 ± 1,0446c 0,0038 ± 0,0002 ab 92,31 ± 0,4004d 0,9947 30/1 35,26 ± 7,8736c 0,0039 ± 0,0009b 95,24 ± 0,7407e 0,9940 Nhiệt độ trích ly T (OC) 50 37,22 ± 1,7803a 0,0062 ± 0,0004a 77,73 ± 0,7563a 0,9968 60 50,90 ± 7,0186b 0,0079 ± 0,0013ab 80,66 ± 1,0624b 0,9981 70 62,17 ± 8,5128bc 0,0091 ± 0,0013bc 82,64 ± 0,0000c 0,9983 80 74,71 ± 2,4564c 0,0103 ± 0,0004c 84,99 ± 0,3414d 0,9984 Lã Thị Thảo Mai, Bùi Hoàng Vy, Nguyễn Thanh Nam, Trần Chí Hải 26 K = 0,0044L-0,569 R2 = 0,9674 (9) )62,1028652,9/(())86,35/(1( 762,0 ),(    LtL t C Lt (10) a,b,c,d,e Các chữ cái khác nhau trong cùng một kích thước thể hiện sự khác nhau có ý nghĩa về mặt thống kê theo phân tích ANOVA (p < 0,05). Phương trình này có thể được sử dụng để dự đoán sự trích ly phenolic tổng ở các kích thước nguyên liệu khác nhau tại một thời điểm nhất định với tỉ lệ dung môi nguyên liệu là 15/1 và nhiệt độ trích ly là 50oC. Việc trích ly phenolic tổng dưới sự ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/nguyên liệu có giá trị Ce , Vo và k đạt cao nhất ở tỉ lệ 30/1, tiếp theo sau là các tỉ lệ 25/1, 20/1, 15/1 và 10/1. Ta thấy rằng giá trị trích ly tăng dần khi tỉ lệ dung môi/nguyên liệu càng cao, phù hợp với kết quả thực nghiệm. Kết quả này tương tự như nghiên cứu của Wenjuan Qu, Zhongli Pan, Haile Ma về động học quá trình trích ly và hoạt động của các chất chống oxi hóa trong bã nho [3]. Theo giả định của mô hình, các tham số Ce, Vo và k được biểu diễn bằng biến Z. Do đó, mối quan hệ giữa các thông số động học và biến Z được viết theo hàm đa thức bậc hai (R2 = 0,9673 – 0,9908). Các hàm số được viết dưới dạng phương trình như sau: Ce(Z) = -0,0656Z2 + 3,6291Z + 44,455 R2 = 0,9673 (11) kZ = -(2.10-6)Z2 +0,0001Z + 0,0017 R2 = 0,98 (12) Vo(Z) = -0,0429Z2 + 2,6693Z – 6,6526 R2 = 0,9908 (13) Ct,Z = t (1 (−0.0429𝑍2 + 2.6693Z − 6.6526)) + (t (−0.0656Z2 + 3.6291Z + 44.455))⁄⁄ (14) Hình 4. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa khả năng trích ly Ce, tốc độ trích ly và hằng số k với sự thay đổi kích thước nguyên liệu. Nghiên cứu động học quá trình trích ly phenolic tổng từ lá trà già 27 Đây là các phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa khả năng trích ly Ce, vận tốc trích ly vo và hằng số trích ly k với tỉ lệ dung môi/nguyên liệu. Các giá trị vo, k và Ce tăng khi tăng nhiệt độ, kết quả được thể hiện trong bảng 1. Nhiệt độ có ảnh hưởng gia tăng đến các thông số động học. Các mối quan hệ giữa các tham số động học và T được xây dựng bởi các hàm đa thức tuyến tính, bậc hai, và hàm mũ (R2 = 0.9749-0,9991). Ce = 0,2376T + 66,061 R2 = 0,9940 (15) Vo = -0,0029T2 + 1,6079T – 35,866 R2 = 0,9991 (16) K = 0,0027exp(0,0169T) R2 = 0,9749 (17) )18( ))061,662376,0/(())866,356079,10029,0/(1( 2 ),(   TtTT t C Tt Phương trình Arrhenius đã được sử dụng để mô tả mối quan hệ giữa hằng số trích ly k và nhiệt độ Ta, phương trình được viết như sau: k = k0 exp (− 1000E RTa ) (19) Trong đó: ko là hệ số nhiệt độ độc lập (g/mg.phút), E là năng lượng kích hoạt của quá trình trích ly (KJ/mol), R là hằng số khí (8.314 J/mol.K) và Ta là nhiệt độ trích ly (oK). Đồ thị ln(k) với 1000/Ta được sử dụng để tính ko và E. )20( 15,273(10.314,8 162,16 exp6013,2 3            T k Các phương trình thực nghiệm ở hình (10), (14) và (18) là các mô hình động học dự đoán quá trình trích ly phenolic tổng từ lá trà già. Tuy các mô hình thống kê có thể không hoàn toàn giải thích cho tất cả các hiện tượng xảy ra trong quá trình trích ly nhưng chúng vẫn có thể được sử dụng để xác định ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu, tỉ lệ dung môi/nguyên liệu và nhiệt độ đến khả năng trích ly phenolic so với các thời gian trích ly khác nhau. Nhờ các kết quả thu được từ mô hình này mà có thể đề ra hướng cải tiến cho quá trình trích ly giúp giảm chi phí và thời gian vận hành. 4. KẾT LUẬN Lá trà già cũng là một nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất ra phenolic. Các kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, kích thước càng giảm hàm lượng phenolic tổng càng tăng do diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi càng lớn. Tỉ lệ dung môi/nguyên liệu và nhiệt độ càng tăng thì hàm lượng phenolic tổng tăng nhưng tới một thời điểm hàm lượng phenolic đạt đến sự ổn định và cân bằng thì giá trị này tăng nhưng không đáng kể. Tuy nhiên, sau khi xem xét hàm lượng phenolic tổng, chi phí hoạt động và một số điều kiện khác thì các thông số được đề nghị là kích thước nguyên liệu ≤ 0,3 mm, tỉ lệ dung môi/nguyên liệu là 15/1 (g/g) và nhiệt độ trích ly là 600C với thời gian chiết xuất là 40. Quá trình trích ly phenolic tổng từ lá trà già tuân theo mô hình bậc hai đã được xây dựng thành công để mô tả quá trình trích ly. Dựa vào mô hình động học có thể xác định được các thông số trích lyCe, vo, k, với sự thay đổi kích thước nguyên liệu, tỉ lệ dung môi/nguyên liệu và nhiệt Lã Thị Thảo Mai, Bùi Hoàng Vy, Nguyễn Thanh Nam, Trần Chí Hải 28 độ trích ly. Năng lượng kích hoạt của quá trình trích ly phenolic tổng được xác định là 16,162 KJ/mol dựa trên mô hình Arrhenius. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. PGS. TS. Trịnh Xuân Ngọ - Cây chè và kỹ thuật chế biến, (2009). 2. Nguyễn Văn Chương - Phân tích động học quá trình trích ly dầu từ hạt jatropha có sự hỗ trợ của công nghệ dic, Tạp chí Khoa học trường Đại học Cần Thơ, 21 (2012) 45-51. 3. Wenjuan. Qu, Zhongli Pan, and Haile. Ma - Extraction modeling and activities of antioxidants from pomegranate marc, Journal of food engineering, 99 (2010) 16-23 4. Bucić-Kojić A., Planinić M., Tomas S., Bilić M., and Velić D. - Study of solid–liquid extraction kinetics of total polyphenols from grape seeds, Journal of Food Engineering, 81 (2007) 236-242. 5. Trần Chí Hải, Nguyễn Tấn Dân, Nguyễn Đình Nam, Lê Thị Hồng Ánh, Phan Văn Mẫn - Ảnh hưởng của sóng siêu âm đến quá trình trích ly polyphenol từ lá trà già, Tạp chí khoa học và công nghệ Đại học Đà Nẵng, 9 (2016) 106. 6. Rakotondramasy-Rabesiaka L., Havet J.-L., Porte C., and Fauduet H. - Solid–liquid extraction of protopine from Fumaria officinalis L.—Analysis determination, kinetic reaction and model building, Separation and Purification Technology, 54 (2007) 253-261. 7. Charles, Denys J. - Antioxidant properties of spices, herbs and other sources, Springer Science & Business Media, (2012). 8. Landbo, Anne-Katrine, Anne and Meyer S. - Enzyme-assisted extraction of antioxidative phenols from black currant juice press residues (Ribes nigrum), Journal of Agricultural and Food Chemistry, 49 (2001) 3169-3177. 9. Nguyễn Ngọc Trâm, Phan Phước Hiền và Huỳnh Ngọc Oanh - Optimizing the extraction conditions of phenolic compounds from fresh tea shoot, Journal of Food and Nutrition Sciences, 3 (2015) 106 - 110. Nghiên cứu động học quá trình trích ly phenolic tổng từ lá trà già 29 ABSTRACT RESEARCH KINETIC MODELLING ON EXTRACTION OF PHENOLIC FROM OLD TEA LEAVES La Thi Thao Mai, Bui Hoang Vy, Nguyen Thanh Nam, Tran Chi Hai* Faculty of Food Technology, Ho Chi Minh City University of Food Industry *Email: haitc@cntp.edu.vn In this study, kinetic modeling by investigating the effect of material size, solvent/material ratio and temperature was conducted. Phenolic concentration increased with reducing size, increased the solvent/material ratio and temperature. Research results showed that under extraction conditions such asthe material size ≤ 0.3 mm, the solvent / raw ratio of 15/1, the extracting temperature of 60oC, and extracting time of 40 minutes, the phenolic content obtained 74.13 mgGAE.g-1 with value of initial extraction rate reached 50.90 mgGAE.g-1.min-1 and the activation energy was determined as 16.162 kJ/mol. Phenolic excitation dynamics model from the old tea leaf rely on the assumption of the quadratic function has been successfully constructed to predict the extraction process and mechanism. Based on the kinetic equation, extraction parameters such as: Ce extraction ability, extraction velocity, extract constant k, activation energy E can be determined, facilitate optimization, design, simulate and control significant industrial projects later, while also making better use of time and energy. Keywords: Kinetics extraction, old leave tea, phenolic content.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfnghien_cuu_dong_hoc_qua_trinh_trich_ly_phenolic_tong_tu_la_t.pdf