Đặt vấn đề Ngày nay ước chừng trên thế giới hàng năm khoảng 100 triệu tấn đường được tiêu thụ, đường lại rất cần thiết cho nhu cầu sinh lý của cơ thể. Tuy nhiên, nó cũng có mặt trái. Vì tạo ra nhiều năng lượng, nó có thể làm cho cơ thể béo phì, đôi khi chẳng phải vì do dùng quá độ. Ở miệng, các vi khuẩn có thể sử dụng nó tạo ra acid tác dụng lên răng.
Vì vậy, để tránh lên cân, hỏng răng, cũng như ở các bệnh nhân mắc chứng tiểu đường, người ta buộc lòng phải kiêng cử hoặc dùng đường ít lại, kiêng kẹo, kiêng kem, bỏ chè, bỏ nước ngọt,… hay tốt hơn, tìm kiếm một chất thay thế. Chất nầy cốt yếu phải sinh ra năng lượng ít hơn hoặc có độ ngọt lớn để dùng số lượng nhỏ lại. Dù sao, nó phải thỏa mãn những điều kiện không được phân hủy trong miệng khi có nước bọt tác dụng vào và nhất là không được biến đổi trong môi trường acid của dạ dày như đường. Những chất này không có tính chất dinh dưỡng, đặc biệt là có vị ngọt cao gấp cả trăm lần so với đường nhung lại cho rất ít calorie chỉ có khoảng 2,2 calo cho mỗi gói nhỏ trong khi chỉ cần một muỗng cà phê đường sinh ra tới 16 calo.
Các chất hóa học này được sử dụng nhiều trong các ngành công nghệp chế biến thực phẩm đồ ăn, nước giải khát và có thể được con người sử dụng hằng ngày. Chúng rất rẻ tiền và tiện nhưng là chất hóa học nên người ta rất e ngại rằng chúng sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe nếu sử dụng lâu dài. Qua một số nghiên cứu về tác hại của đường hóa học thì saccharin đã bị cấm sử dụng ở một nghiệm cho thấy nó tạo ung thư bàng quang ở loài chuột. Đối với những người mắc bệnh phenylketonuria thì không nên dùng aspatame.
Đây là bệnh di truyền rất hiếm thấy, trong đó vì sự lệch lạc của một gene không thể sản xuất được một enzyeme khử bỏ chất phenylalanine. Khi ăn vào aspartame sẽ phân thành aspartid acid và phenylalanine, chất này tích tụ trong não sẽ gây tổn hại cho hệ thần kinh trung ương và có thể dẫn đến tử vong.[8] Trước các nguy hại này của các chât hóa học, tâm lý chung của người tiêu dùng là tìm ra các sản phẩm từ thiên nhiên. Trong nhóm những chất tạo vị ngọt 2 thiên nhiên , cây Cỏ ngọt càng ngày càng được nhiều người chú ý đến nhất là nhóm chất stevioside có trong cây cỏ ngọt, Đặc tính quan trọng là cây cỏ ngọt có hàm lượng đường rất cao và là nguyên liêu sạch có thể làm ngọt các loại thức ăn và đồ uống mà không gây độc hại cho người vì vậy có thể tay thế đường hóa học. Để biết được quá trình stevioside kết tinh thế nào tôi tiến hành “Nghiên cứu quá trình kết tinh stevioside từ dịch chiết cây cỏ ngọt”.
Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu được phương pháp phù hợp cho việc kết tinh đường stevioside. Yêu cầu - xác định sắc ký và đường chuẩn stevioside. - xác định hàm lượng stevioside có trong cây cỏ ngọt. - xác địnhhàm lượng stevioside có trong dịch chiết cây cỏ ngọt.
- Tìm ra phương pháp tối ưu và hiệu quả trong 4 phương pháp sau. - Kết tinh bằng kết tinh lạnh. - Kết tinh bằng thả mầm tinh thể. - Kết tinh bằng cô đặc và sấy khô.
- Kết tinh bằng máy sấy phun. - Kết tinh được sản phẩm stevioside và ứng dụng vào sản xuất công nghiệp tăng hiệu quả lớn nhất khi kết tinh stevioside. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học - Thực hiện đề tài giúp sinh viên có thể bổ sung kiến thức thực tiễn quan trọng cho lý thuyết đã học, có thêm kinh nghiệm nghiên cứ khoa học.
- Biết được phương pháp nghên cứu một vẫn đề khoa học, xử lý và phân tích số liệu, cách trình bày một báo cáo khoa học. - Kết tinh được stevioside từ dịch cây cỏ ngọt, có thể thay thế đường hóa học. Ý nghĩa thực tiễn - Đường này có thể dùng thay thế đường mía và đường hóa học. - Đề suất công nghệ sản xuất đường stevioside từ dịch cây cỏ ngọt.
- Trong công nghiệp thực phẩm, stevioside làm tăng độ ngọt mà không làm tăng năng lượng của thực phẩm. - Đây là sản phẩm tự nhiên hoàn toàn, phù hợp với sức khỏe của con người. 3 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Cây cỏ ngọt.
Giới thiệu chung Tên thường gọi: Cỏ ngọt hay cỏ đường, cỏ mật, cỏ cúc; Tên khoa học: Stevia rebaudiana (Bertoni) Hemsley; Tên đồng nghĩa: Eupatorium rebaudianum Bert [1]; 2. Phân loại khoa học [1] Giới : Plantae Bộ : Asterales Họ : Asteraceae Tông : Eupatorieace Chi : stevia 2. Phân loại theo loài Cỏ ngọt có khoảng 240 loài có nguồn gốc từ vùng Nam Mỹ, Trung Mỹ, Mexico và một vài tiểu bang miền nam Hoa Kỳ. Một số loài cỏ ngọt tiêu biểu sau: - Stevia eupatoria - Stevia plummerae - Stevia rebaudiana - Stevia salicifolia - Stevia serrata Tuy nhiên các nhà khoa học đã khảo sát trên 184 loài cỏ ngọt thì có khoảng 18 loài có thể tạo vị ngọt nhưng chất ngọt trong 18 loài này stevia ribaudiana là loài cho chất ngọt nhiều nhất.
Nguồn gốc cây cỏ ngọt Có nguồn gốc từ thung lũng Rio Monday nằm ở đông bắc Panama Trung Mỹ Vào thế kỉ 16, các thủy thủ người Tây Ba Nha đã từng đề cập đến loại thảo mộc này nhưng đến năm 1888 các nhà thực vật học người Paraguay là Mises Santiago Bertoni mới phân loại và chính thức đặt tên gọi là Stevia rebaudianoa Bertoni. 4 Từ ngàn năm nay thổ dân Gurani người Paraguay đã dùng loại thảo mộc này làm dịu ngọt các loại thức ăn, nước uống có tính đắng và cũng để trị một số bệnh béo phì,tim mạch, cao huyết áp. Mô tả cây Cây thảo nhỏ, sống nhiều năm, cao 0,5-0,6m, có khi đến 1m. Thân cứng mọc thẳng, có rãnh dọc và nhiều lông mịn, ít phân nhánh.
Lá mọc đôi, hình mác hoặc hình bầu dục, gốc thuôn, đầu tù hoặc hơi nhọn, dài 5-7cm, rộng 1-1,5cm, có 3 gân, 4-6 đôi răng nhọn ở phân nửa về phía đầu lá, hai mặt có lông trắng mịn, nhấm lá thấy có vị ngọt rất đậm, cuống lá rất ngắn. Hoa lưỡng tính, tụ họp thành đầu trắng ở ngọn thân. Quả bé, không có mào lông, hạt không có hột nhũ. Mùa hoa: tháng 5-9 Bộ phận dùng: Phần trên mặt đất của cây cỏ ngọt.1 : Cây Cỏ ngọt (Stevia rebaudiana (Bertoni) Hemsley) 2.
Thành phần hóa học của cây cỏ ngọt. Cỏ ngọt bao gồm carbohydrate (61,93% dw – trọng lượng khô), protein (11,41% dw), chất xơ thô (15,52% dw), khoáng chất (K, 21,15; Ca, 17,7; Na, 14,93; 5 Mg, 3,26 và Cu, 0,73; Mn, 2,89; Fe, 5,89 và Zn, 1,26 mg/100g dw) và các axit amin thiết yếu.1: Thành phần của cỏ ngọt.[11] Thành phần % dựa trên trọng lượng khô Độ ẩm 5,37 Protein 11,41 Chất béo 3,73 Xơ thô 15,52 Tro 7,41 Carbohydrates 61,93 Đường khử 5,88 Đường không khử 9,77 Tổng số carbohydrates hòa tan 15,65 2. Thành phần axit amin. Về thành phần các axit amin, các dữ liệu cho thấy lá Stevia khô chứa các axit amin thiết yếu (arginin, lysine, histidine, phenyl alanine, leucine, methionine, valine, therionine và isolucine) với lượng cao hơn so với những khuyến cáo của FAO và WHO cho người lớn hàng ngày cũng như các axit amin không thiết yếu (aspartate, serine, glutamic, proline, glycine, alanine, cystine và tyrosine).
Kết quả tương tự báo cáo rằng có 20 amino acid, 9 axit amin được xác định là acid glutamic, aspartic acid, lysine, serine, isoleucine, alanine, proline, tyrosine và methionine.2 : Thành phần axit amin của cỏ ngọt. [11] Amino axit thiết yếu Amino axit không thiết yếu Hàm lượng Hàm lượng(g/100g) Tên Tên (g/100g) Lá stevioside FAO/WHO Lá stevioside Arginin 0,45 0,35 Aspartate 0,37 Lysine 0,70 0,58 Serine 0,46 Histidine 1,13 0,18 Glutamic 0,43 Phenyl alanine 0,77 0,63 Proline 0,17 Leucine 0,98 0,66 Glycine 0,25 Methionine 1,45 0,25 Alanine 0,56 Valine 0,64 0,35 Cystine 0,40 Therionine 1,13 0,34 Tyrosine 1,08 Isolucine 0,42 0,28 Tổng 7,67 3,62 Tổng 3,72 2. Hàm lượng khoáng chất. Cỏ ngọt chứa một lượng đáng kể các chất dinh dưỡng quan trọng.
Điều này cho thấy cỏ ngọt là một thành phần cần thiết để bảo vệ cơ thể, điều chỉnh và duy trì quá trình trao đổi chất khác nhau. Kali, canxi, magiê, natri và chất dinh dưỡng quan trọng, đã được tìm thấy với lượng hợp lý trong lá cỏ ngọt. Kẽm và mangan được coi là vi chất dinh dưỡng chống oxy hóa và do đó, sự hiện diện của chúng có thể thúc đẩy hệ thống miễn dịch và phòng chống các bệnh. Sắt là một yếu tố cần thiết cho tổng hợp hemoglobin.
Lượng sắt cao trong lá Stevia rất hữu ích trong việc duy trì mức huyết cầu tố bình thường trong cơ thể. Hơn nữa, lá Stevia cũng có thể được sử dụng để chống thiếu sắt, thiếu máu và rối loạn dinh dưỡng.3 : Thành phần khoáng của cỏ ngọt [11] Khoáng vi Hàm Khoáng vĩ mô Hàm lượng(mg/100g) lượng lượng(mg/100g) K 21,15 Cu 0,73 Ca 17,70 Mn 2,89 Na 14,93 Fe 5,89 Mg 3,26 Zn 1,26 2. Chất diệp lục (A và B), carotenoids trong cỏ ngọt.4 : Thành phần chất màu của cỏ ngọt Lá tươi Lá khô Nội dung % giảm Nồng độ Nồng độ của chất mg/100g mg/100g màu khi phơi khô Chlorophyll A 77,40 40,71 47,40 Chlorophyll B 46,39 27,22 41,32 Carotenoids 30,50 7,67 74,85 Tổng 154,29 75,60 50,99 2. Các chất tạo ngọt chính trong cây cỏ ngọt.
Stevioside Công thức hóa học : C38H60O18 Công thức cấu tạo: 8 Hình 2.2: Cấu trúc hóa học Stevioside - Stevioside là tinh thể hình kim, điểm nóng chảy 202-204°C, ít tan trong cồn. - Độ ngọt gấp 110- 270 (300) lần đường sucurose. Vì vậy nó cho ta cảm giác rất ngọt, không tạo caloric và ổn định ở nhiệt độ cao 198°C, nhưng không trở nên đậm màu hay tạo Caramen đặc. - Hàm lượng : 4-13% chất khô.
- Tinh thể hút ẩm mạnh. - 1 gram tan trong 800ml nước. Tan trong Dioxane. Tan ít trong alcohol 2.
Steviol Công thức hóa học : C20H30O3 Công thức cấu tạo : Hình 1.3: steviol 9 Steviol là thành phần không đường của glusides, nó là cơ sở để xây dựng nên các phân tử đường khác. Vd: stevioside và rebaudioside A. Steviolbioside - Công thức cấu tạo: R1 là H, R2 là G-G Hình 2.4: Steviolbioside - Là chất có hàm lượng rất nhỏ trong cây cỏ ngọt. - Bên cạnh Stevioside, số lượng ít hơn nhưng ngọt hơn stevioside 1,2-1,5 lần.
Rebaudioside A - Công thức hóa học: C44H7O2.3H2O - Công thức cấu tạo: R1 là G, R2 là G (2G) - Rebaudioside A là chất kết tinh không màu, điểm nóng chảy là 242-2440C, có độ ngọt rất cao bằng 130-320 lần đường surcose. - Hàm lượng: 2-4% lượng chất khô. Rebaudioside B - Công thức hóa học : C38H60O18.