- Trang Chủ
- Công nghệ - Môi trường
- Khóa luận tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật hóa học: Xây dựng phương pháp định lượng tannins tổng trong thực vật bằng kỹ thuật đo quang
Xem mẫu
- BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA
HỌC
XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG TANNINS TỔNG TRONG
THỰC VẬT BẰNG KỸ THUẬT ĐO QUANG
Cán bộ hướng dẫn : PGS. TS. NGUYỄN TIẾN ĐẠT
TS. TRẦN QUANG HẢI
Sinh viên thực hiện : PHẠM THỊ HOA
Mã sinh viên : 1141120183
Lớp : ĐH CN HÓA HỌC 3 K11
- Hà Nội 2020
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối
với TS. Trần Quang Hải giảng viên khoa Hóa Trường Đại học Công
Nghiệp Hà Nội đã giúp đỡ em trong quá trình làm khóa luận.
- Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Nguyễn Tiến Đạt
Trung tâm Nghiên cứu và Chuyển giao công nghệ, Viện Hàn Lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam đã hết lòng hướng dẫn, chỉ bảo, truyền đạt kiến
thức kinh nghiệm quý báu cho em.
Cảm ơn gia đình, tất cả bạn bè đã luôn ủng hộ, giúp đỡ và là chỗ
dựa tinh thần, nguồn động viên cho em trong những lúc khó khăn.
Trong quá trình làm báo cáo này mặc dù đã được sự giúp đỡ tận tình
và hết sức cố gắng nhưng do trình độ và thời gian nghiên cứu còn hạn chế
nên không thể tránh được những thiếu sót. Vì vậy, em kính mong nhận
được ý kiến đóng góp chỉ bảo của các quý thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 28 tháng 5 năm 2020
Sinh viên
Phạm Thị Hoa
- MỤC LỤC
LOD: Giới hạn phát hiện (Limit of detection)
LOQ: Giới hạn định lượng (Limit of quantitation)
HPLC: Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High performance liquid
chromatography)
UV: Tử ngoại
VIS: Khả kiến
ACN: Acetonitril
TFA: Trifluoroacetic
AOAC: Hiệp hội các nhà hóa học phân tích chính thức (Association of
Official Analytical Chemists).
MeOH: Methanol
- DANH MỤC HÌNH ẢNH
- DANH MỤC BẢNG BIỂU
- Khoa Công nghệ Hóa Khóa luận tốt
nghiệp
MỞ ĐẦU
Việt Nam là một nước có thảm thực vật đa dạng và phong phú với
nhiều loài thực vật, được sử dụng trong phòng và điều trị bệnh, cũng như
bổ dưỡng nâng cao sức khỏe cho con người. Có nhiều loài thực vật được
ví như là một loại dược liệu được dùng phổ biến trong y học dân gian làm
thuốc. Các nghiên cứu cho thấy, tanin có trong nhiều loài thực vật như: ổi,
chè xanh, măng cụt... Tanin có nhiều hoạt tính sinh học như: hoạt tính
kháng khuẩn, kháng nấm, chống khối u, kháng virut... nên nó được ứng
dụng khá rộng rãi trong y học hiện đại ngày nay.
Ngày nay, để xác định hàm lượng của các chất trong nhiều loài thực
vật, nhiều kỹ thuật phân tích mới và hiện đại như quang phổ UV Vis,
HPLC, quang phổ đạo hàm… đã được áp dụng vào việc phân tích. Trong
đó, quang phổ UV Vis là phương pháp được sử dụng rộng rãi vì nó có độ
nhạy cao, phân tích thuận tiện.
Song song với việc tìm ra các kĩ thuật mới thì việc kiểm tra lại giá trị
của phương pháp phân tích với mục đích đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy
của số liệu phân tích và tăng tính ứng dụng của phương pháp đó trong thực
tiễn cũng rất quan trọng. Vì vậy, tôi chọn đề tài “Xây dựng phương pháp
định lượng tannins tổng trong thực vật bằng kỹ thuật đo quang’’.
Mục tiêu của đề tài: Xây dựng phương pháp và định lượng tanin tổng
trong một số mẫu cao chiết từ thực vật bằng phương pháp đo quang phổ.
Nội dung nghiên cứu:
Xây dựng phương pháp định lượng tanin tổng trong thực vật bằng
phương pháp đo quang phổ. Xác định giới hạn phát hiện (LOD) và
giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp.
SV: Phạm Thị Hoa 7 MSV:
1141120183
- Khoa Công nghệ Hóa Khóa luận tốt
nghiệp
Áp dụng phương pháp đã được xây dựng để định lượng tanin tổng
trong một số mẫu cao chiết trà hoa vàng.
SV: Phạm Thị Hoa 8 MSV:
1141120183
- Khoa Công nghệ Hóa Khóa luận tốt
nghiệp
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN VỀ TANIN
1.1.1 Khái niệm, tính chất [1]
* Khái niệm:
Tanin được định nghĩa là ‘‘những hợp chất polyphenol có trong thực
vật, có vị chát được phát hiện dương tính với thí nghiệm thuộc da’’ và
được định lượng dựa vào mức độ hấp phụ trên bột da sống chuẩn. Cơ chế
thuộc da được giải thích do tanin có nhiều nhóm OH phenol, tạo nhiều dây
nối hydro với các mạch polypeptid của protein. Nếu phân tử tanin càng lớn
thì sự kết hợp với protein càng chặt. Khối lượng phân tử dao động từ 5000
20000 đvc.
Hình 1.: Liên kết hidro giữa tanin với protein
* Tính chất:
Tanin thường là những chất rất phân cực, dễ tan trong dung môi phân
cực như cồn, aceton, methanol, propylene glycon, glycerin etylacetat …
không tan trong các dung môi kém phân cực như: hexan, benzen, dầu hỏa …
1.1.2 Phân loại
Dựa vào cấu trúc hóa học có thể chia tanin làm 2 loại chính: tanin
thủy phân và tanin ngưng tụ.
SV: Phạm Thị Hoa 9 MSV:
1141120183
- Khoa Công nghệ Hóa Khóa luận tốt
nghiệp
1.1.2.1 Tanin thủy phân [1]
Tanin thủy phân được còn được gọi là tanin pyrogallic. Loại này có
những đặc điểm sau: Khi thủy phân bằng axit hoặc bằng enzym tanase thì
giải phóng ra phần đường và phần không đường. Phần đường thường là
glucose, đôi khi gặp đường đặc biệt ví dụ đường hamamelose. Phần không
phải đường là các axit. Axit hay gặp là axit gallic. Các axit gallic nối với
nhau theo dây nối depsid để tạo thành axit mdigallic, mtrigallic v.v... Phần
đường và phần không phải đường nối với nhau theo dây nối este (không
phải dây nối acetal) nên người ta coi tanin loại này là những pseudo
glycosid.
Axit gallic Axit m digallic
SV: Phạm Thị Hoa 10 MSV:
1141120183
- Khoa Công nghệ Hóa Khóa luận tốt
nghiệp
Axit m trigallic
Hình 1.: Cấu tạo của axit gallic, axit m digallic và axit m trigallic
Tính chất đặc trưng của tanin loại này là:
+ Khi cất khô ở 180 200°C sẽ thu được pyrogallol là chủ yếu.
+ Khi đun nóng với HCl sẽ cho axit gallic hoặc axit ellargic.
+ Cho kết tủa bông với chì axetat 10 %.
+ Cho kết tủa màu xanh đen với muối sắt (III).
+ Thường dễ tan trong nước.
* Ví dụ về cấu trúc của các tanin thủy phân, được phân lập trong
thực vật:
Năm 2005, Masturah Markom và các cộng sự đã nghiên cứu phân lập
được 3 loại của tanin thủy phân: axit gallic, axit ellagic, corilagin trong cây
Diệp Hạ Châu (Phyllanthus urinaria) [17].
axit ellagic
SV: Phạm Thị Hoa 11 MSV:
1141120183
- Khoa Công nghệ Hóa Khóa luận tốt
nghiệp
corilagin
Hình 1.: Cấu tạo của axit ellagic và corilagin
1.1.2.2 Tanin ngưng tụ [1]
Tanin ngưng tụ hay còn được gọi là tanin không thuỷ phân được,
tanin pyrocatechic hay phlobatanin. Các chất thuộc nhóm này là những
polyflavonoid thường được tạo thành do sự ngưng tụ từ các đơn vị flavan
3ol hoặc flavan3,4 diol.
Tanin nhóm này có những đặc điểm sau:
Dưới tác dụng của axit hoặc enzym dễ tạo thành chất đỏ tanin hay
phlobaphen. Phlobaphen rất ít tan trong nước là sản phẩm của sự trùng hiệp
hoá kèm theo oxy hoá, do đó tanin nhóm này còn được gọi là phlobatanin.
Phlobaphen là đặc trưng của một số dược liệu như vỏ Canh ki na, vỏ Quế.
Khi cất khô thu được pyrocatechin là chính.
Cho kết tủa màu xanh lá đậm với muối sắt (III).
Cho kết tủa bông với nước brom.
Khó tan trong nước hơn tanin pyrogallic.
SV: Phạm Thị Hoa 12 MSV:
1141120183
- Khoa Công nghệ Hóa Khóa luận tốt
nghiệp
Tanin ngưng tụ hay gặp trong các chi Acacia, Camellia, Cinchona,
Cinnamomum, Rheum, Salix ...
flavan 3 ol flavan 3,4 diol
Hình 1.: Cấu tạo của các flavanol
* Ví dụ về cấu trúc của các tanin ngưng tụ, được phân lập trong thực
vật:
Năm 2000, Kang. J. H và các cộng sự đã nghiên cứu phân lập EGCG
(epigallocatechin gallate) có trong trà xanh (Camellia sinensis), ban đầu loại
bỏ caffein bằng chloroform. Sau đó sử dụng hai cột sắc ký lỏng áp suất cao
(HPLC) chuẩn bị rửa giải bằng hệ dung môi (axit axetic: acetonitril: nước)
để thu được EGCG với độ tinh khiết hơn 98%. [24]
SV: Phạm Thị Hoa 13 MSV:
1141120183
- Khoa Công nghệ Hóa Khóa luận tốt
nghiệp
Hình 1.: Cấu tạo của epigallocatechin gallate
Năm 2001, Xueli Cao và các cộng sự đã nghiên cứu phân lập được hai
chất: GCG (Gallocatechin gallate), ECG (Epicatechin gallate) từ trà xanh
(Camellia sinensis) bằng cách sử dụng sắc ký phân bố ngược dòng với hai
hỗn hợp dung môi (ethyl acetate: ethanol: nước; hexane: ethyl acetate:
nước). [25]
SV: Phạm Thị Hoa 14 MSV:
1141120183
- Khoa Công nghệ Hóa Khóa luận tốt
nghiệp
Hình 1.: Cấu tạo của epicatechin gallate
Hình 1.: Cấu tạo của gallocatechin gallate
1.1.2 Hoạt tính sinh học của tanin
Theo các nghiên cứu khoa học của nước ngoài thì tanin là hợp chất có
nhiều hoạt tính sinh học.
SV: Phạm Thị Hoa 15 MSV:
1141120183
- Khoa Công nghệ Hóa Khóa luận tốt
nghiệp
1.1.2.1 Hoạt tính kháng khuẩn
Các hoạt tính kháng khuẩn của tanin đã được công nhận từ trước đây
và độc tính của tanin đối với vi khuẩn, nấm và nấm men đã được nhà khoa
học Scalbert nghiên cứu [6]. Các cơ chế được đề xuất cho đến nay để giải
thích hoạt tính kháng khuẩn của tanin bao gồm ức chế các enzym của vi
khuẩn ngoại bào, tác động trực tiếp lên quá trình chuyển hóa của vi khuẩn
thông qua sự ức chế quá trình photphoryl oxy hóa, sự khử ion kim loại gây
ra sự thay đổi hình thái của tế bào và tăng tính thấm của màng [7]. Các
bằng chứng đã chỉ ra rằng màng tế bào vi sinh vật là nơi chủ yếu tác động
ức chế của tanin [8]. Do tính kết tủa với protein là một tính chất phổ biến
cho tất cả các tanin, cho nên hoạt tính kháng vi khuẩn của các loài vi sinh
vật có liên quan chặt chẽ đến thành phần hóa học và cấu trúc của tanin.
1.1.2.2 Hoạt tính kháng virút
Tanin đã được các nhà nghiên cứu chứng minh có hoạt tính đáng kể
chống lại một số loại vi rút, như vi rút gây suy giảm miễn dịch ở người
(HIV), vi rút adeno và norovirus [9]. Vào năm 1991, tác giả G.T. Tan và các
cộng sự đã chứng minh tanin gây tác dụng ức chế HIV1 bằng cách sao
chép ngược vi rút [10]. Đến năm 2011, S. Ciesek và các cộng sự cũng đã
chứng minh epigallocatechin trong trà xanh ức chế được sự xâm nhập của
vi rút viêm gan C [11]. Tanin có nhiều hoạt tính kháng vi rút khác nhau tùy
thuộc vào thành phần và cấu trúc hóa học.
1.1.2.3 Hoạt tính chống viêm
Tanin có các hoạt tính chống viêm khác nhau. Các nghiên cứu in vitro
của tác giả X. Terra và các cộng sự năm 2007, đã chỉ ra rằng tanin từ hạt
nho làm giảm bệnh viêm thấp khớp [12]. Đến năm 2014, M. Park và các
cộng sự chứng minh tanin ngưng tụ chiết xuất từ hạt mâm xôi đen có khả
SV: Phạm Thị Hoa 16 MSV:
1141120183
- Khoa Công nghệ Hóa Khóa luận tốt
nghiệp
năng chống viêm, ức chế tế bào RAW 264.7 do lipopolysacarit gây ra trong
quá trình sản xuất NO một chất trung gian gây viêm [13].
1.1.2.4 Hoạt tính chống oxy hóa
Các hợp chất phenolic đã được các nhà khoa học nghiên cứu là chất
chống oxy hóa hiệu quả [14]. Tanin với hầu hết là các nhóm hydroxyl sẽ
dễ bị oxy hóa nhất, do đó chúng sẽ có hoạt tính chống oxy hóa lớn nhất
[15]. Hoạt tính chống oxy hóa của tanin được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh
vực y tế để ngăn ngừa các bệnh về tim mạch, bệnh ung thư, bệnh loãng
xương [16].
1.1.3 Một số phương pháp định lượng tanin
Có nhiều nhà khoa học trên thế giới tiến hành nghiên cứu để xác
định hàm lượng tanin trong nhiều đối tượng thực vật khác nhau. Sử dụng
một số phương pháp như: chuẩn độ, đo quang, sắc ký lỏng hiệu năng
cao…
1.1.3.1 Phương pháp chuẩn độ [23]
Theo phương pháp của AOAC (1980), để định lượng tanin, phương
pháp được thực hiện như sau: Lấy 5 ml dịch chiết được hòa tan với 12,5 ml
dung dịch indigocarmin và 375 ml nước. Hỗn hợp được chuẩn độ với dung
dịch KMnO4 làm dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu vàng với màu
hồng nhạt ở viền. Thể tích của dung dịch KMnO4 là tổng thể tích hàm
lượng tanin bao gồm cả các thành phần khác (Y). Để xác định thành phần
khác không phải tanin (X), lấy 50ml dung dịch chiết với 25 ml dung dịch
gellatin. Hỗn hợp được làm ấm cho đến khi gellatin được hòa tan hoàn toàn
sau đó được làm lạnh và định mức đến vạch với dung dịch muối bão hòa,
thêm 50 ml dung dịch axit và NaCl bão hòa và 5 g bột cao lanh. Hỗn hợp
được lắc 15 phút và lọc qua màng lọc whatman 1. Lấy 12,5 ml dịch lọc trộn
SV: Phạm Thị Hoa 17 MSV:
1141120183
- Khoa Công nghệ Hóa Khóa luận tốt
nghiệp
với 12,5 ml thể tích dung dịch indigo carmin và 375 ml nước. Chuẩn độ với
dung dịch KMnO4 cho tới khi chuyển thành dung dịch màu hồng nhạt như
trước. Thể tích của dung dịch KMnO4 thực được sử dụng để chuẩn độ
tanin được tính theo giá trị của Y và X:
1mL dung dịch chuẩn KMnO4 = 0,595 ml dung dịch axit oxalic 0,1N
1mL dung dịch axit oxalic 0,1N = 0,0042 g tanin.
Năm 2015, tác giả Jyotismita Khasnabis và các cộng sự đã tiến hành
xác định hàm lượng tanin trong các loại trà khác nhau bằng phương pháp
chuẩn độ. Mẫu trà được chiết trong nước ở nhiệt độ 70oC trong 5 phút.
Dịch chiết được lọc qua màng Whatman.1 và được ly tâm với tốc độ 10000
vòng/15 phút. Dịch lọc được lưu trữ ở 4 oC để định lượng bằng phương
pháp chuẩn độ với dung dịch KMnO4 với chất chỉ thị indigocacmin. Hàm
lượng tanin trong các loại trà được xác định: mẫu trà đen có hàm lượng
tanin là 13,36%, trà xanh có hàm lượng tanin là 2,65%, trà ô long có hàm
lượng 8,66%. [18]
Năm 2009, Maria Atanassova và Valentina ChristovaBagdassarian đã
tiến hành xác định hàm lượng tanin trong các loại thực vật khác nhau bằng
phương pháp chuẩn độ. Các loại mẫu được chiết trong nước cất khử ion
trong thời gian 4 giờ ở nhiệt độ phòng. Sau đó, tiến hành lọc dịch chiết,
dịch lọc thu được chuẩn độ bằng dung dịch KMnO 4 với chất chỉ thị indigo
cacmin. Hàm lượng tanin của các loại thực vật lần lượt là: táo (0,58%),
cherry ngọt (1,25%), quả mộc qua (0,67%), hồ tiêu đỏ (0,69%). [26]
1.1.3.2 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao [3]
Trong phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao, có 4 phương pháp
định lượng thường dùng:
Phương pháp chuẩn ngoại: là phương pháp định lượng cơ bản, trong
đó cả 2 mẫu chuẩn và thử đều được tiên hành sắc ký trong cùng điều kiện.
SV: Phạm Thị Hoa 18 MSV:
1141120183
- Khoa Công nghệ Hóa Khóa luận tốt
nghiệp
Sau đó so sánh diện tích (hoặc chiều cao) pic của mẫu thử với diện tích
(hoặc chiều cao) pic của mẫu chuẩn sẽ tính được nồng độ của các chất
trong mẫu thử.
Phương pháp chuẩn nội: thêm vào cả mẫu chuẩn lẫn mẫu thử những
lượng bằng nhau của một chất tinh khiết, rồi tiến hành sắc ký trong cùng
điều kiện. Chất được thêm này gọi là chuẩn nội. Từ những dữ kiện về:
diện tích (hoặc chiều cao) pic và lượng (hoặc nồng độ) của chuẩn, chuẩn
nội và mẫu thử, có thể xác định được hàm lượng của thành phần cần định
lượng trong mẫu thử một cách chính xác.
Phương pháp thêm chuẩn: Thêm vào mẫu thử những lượng đã biết
của các chất chuẩn tương ứng với các thành phần có trong mẫu thử rồi lại
tiến hành xử lý mẫu và sắc ký trong cùng điều kiện. Nồng độ chưa biết
của mẫu 9 thử được tính dựa vào sự chênh lệch nồng độ lượng chất thêm
vào và sự tăng của diện tích hoặc chiều cao pic.
Phương pháp chuẩn hoá diện tích: Hàm lượng phần trăm của một
chất trong hỗn hợp nhiều thành phần được tính bằng tỷ lệ phần trăm diện
tích pic của nó so với tổng diện tích của tất cả các pic thành phần trên sắc
ký đồ.
Tác giả Trupti P. Durgawale và các cộng sự đã sử dụng phương pháp
HPLC để xác định hàm lượng tanin trong loài cây họ Đậu vào năm 2016.
Công trình nghiên cứu sử dụng cột sắc kí C18, hỗn hợp methanol và nước
theo tỉ lệ thể tích 50:50 làm dung môi pha động với pH = 4,5, tốc độ pha
động là 1,0 ml/phút tại bước sóng 270 nm. Tổng thời gian chạy là 12 phút.
Kết quả thu được thời gian lưu là 3,1 phút. Phương pháp này đã được xác
nhận và tuyến tính của axit tannic trong phạm vi nồng độ 060 mg/ml. [19]
Tác giả Tushar Dhanani và các cộng sự đã sử dụng phương pháp
HPLC PDA để xác định hàm lượng của 5 loại tanin thủy phân: axit gallic
SV: Phạm Thị Hoa 19 MSV:
1141120183
- Khoa Công nghệ Hóa Khóa luận tốt
nghiệp
(GA), axit corilagin (CL), axit chebulagic (CB), axit ellagic (EA) và axit
chebulinic (CN) trong vỏ quả cây chiêu liêu vào năm 2014. Công trình sử
dụng cột sắc ký C18, hỗn hợp dung môi ACN (acetonitril) và TFA (0,05%)
trong nước, tốc độ pha động là 1,0 ml/phút tại bước sóng 270 nm. Kết quả
thu được thời gian lưu của 5 loại tanin thủy phân lần lượt là: GA (2,91
phút), CL (12,09 phút), CB (16,12 phút), EA (17,66 phút), CN (18,59 phút).
LOD (giới hạn phát hiện) của GA, CL, CB, EA và CN lần lượt là 1,0; 0,5;
1,0; 0,5 và 1,0 µg/ml. LOQ (giới hạn định lượng) của GA, CL, CB, EA và
CN lần lượt là 2,5; 1,0; 2,5; 1,0 and 2,5 µg/ml. [22]
1.1.3.3 Phương pháp đo quang
Tác giả PhilipEdouard Shay và các cộng sự sử dụng phương pháp đo
độ hấp thụ quang với thuốc thử butanol HCl sắt để xác định hàm lượng
tanin ngưng tụ trong các loài thực vật năm 2017. Mẫu khô được chiết bằng
dung môi methanol (300mL) và được axit hóa bằng axit trifluoroacetic
(TFA) 0,05%. Các bước được tóm tắt như sau: 500 µl dịch mẫu chứa tanin
ngưng tụ cho tác dụng với 2000µl dung dịch thuốc thử butanol HCl cho
thêm 67mL thuốc thử sắt (NH4Fe(SO4)2 2% trong HCl 2N) và để ủ trong
khoảng thời gian 2,5h ở nhiệt độ 70°C. Màu của phản ứng được phát hiện
trên máy quang phổ ở bước sóng 550 nm. Hàm lượng tanin ngưng tụ được
định lượng dựa trên độ hấp thụ quang thu được của mẫu thí nghiệm đối
chiếu với đường chuẩn proanthocyanidin. [20]
Tác giả OiWah Lau, ShiuFai Luk and HsiaoLan Huang đã tiến hành
xác định tanin mẫu chè vào năm 1989. Mẫu được chiết trong nước ở nhiệt
độ 80oC, mẫu được lọc. Tanin trong mẫu, khử ion sắt (III) thành ion sắt (II)
ở nhiệt độ 80oC trong 20 phút. Sau đó ion sắt (II) phản ứng với thuốc thử
1,10 phenanthrolin ở pH 4,4 tạo thành một phức màu. Đo độ hấp thụ
quang của dung dịch tại bước sóng 540 nm và xây dựng đường chuẩn trong
SV: Phạm Thị Hoa 20 MSV:
1141120183
nguon tai.lieu . vn