CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu về cây sầu riêng 1. Tên gọi Hình 1. Quả sầu riêng Sầu riêng là một trong những phế phẩm nông nghiệp có sẵn nhất được tìm thấy ở khu vực Đông Nam Á [14].
Tên khoa học: Durio zibethinus Murray, thuộc họ Gạo Bombacaceae bao gồm 30 loài. Durio zibethinus là loài duy nhất có sẵn trong thị trường quốc tế [16, 21]. Sầu riêng có nguồn gốc từ Đông Nam Á. Tên "sầu riêng" xuất phát từ Malay, từ "Duri", có nghĩa là "cái gai" [21].
Hình thái học Cây sầu riêng có thể cao đến 45 mét [20]. Lá sầu riêng là loại lá đơn hơi rũ, lá mọc so le, đối xứng hình elip, dài từ 8-20 cm, rộng từ 2,5-7,5 cm. Mặt lá phía trên thường có màu xanh đậm, phẳng và bóng láng, còn mặt lá phía dưới hơi vảy, có màu nâu nhạt óng ánh [21]. SVTH: Phạm Thị Thanh Huyền 10 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.
Phan Thị Hoàng Oanh Hình 1. Lá quả sầu riêng Hoa sầu riêng có mùi thơm mạnh và có mật hoa. Hoa có chiều dài khoảng 50-70 mm và mỗi cụm mọc thành chùm từ 1-45 hoa. Các cụm hoa mọc trên các cành chính và nhỏ hơn, hoặc có thể mọc trực tiếp trên thân cây.
Thông thường chỉ có từ 1-2 quả sầu riêng phát triển từ mỗi chùm hoa. Hoa quả sầu riêng Hoa sầu riêng là loài lưỡng tính, có cả nhụy và nhị trong cùng một hoa. Tuy nhiên, sự tự thụ phấn hiếm khi xảy ra vì nhụy và nhị không xuất hiện cùng một lúc, hoa thụ phấn được chủ yếu là nhờ dơi. Giai đoạn 3-4 tuần thời tiết khô hạn là điều kiện cần thiết để kích thích hoa phát triển.
Thời gian là một tháng kể từ khi có chồi hoa đến khi hoa nở. Mỗi hoa có 5 đài và 5 cánh. Hoa sầu riêng thường nở từ khoảng 3 giờ chiều đến nửa đêm. Màu sắc của hoa phù hợp với màu sắc của phần thịt quả [21].
SVTH: Phạm Thị Thanh Huyền 11 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh Cuống quả sầu riêng thường rũ xuống. Chiều rộng và chiều dài của quả từ khoảng 175-200 mm và đôi khi có thể dài tới 400 mm [20]. Sầu riêng có thể có trái sau khi trồng 4 tới 5 năm.
Quả hình thành trong khoảng từ 85-150 ngày sau khi hoa thụ phấn. Quả có hình trứng hay hình trứng thuôn dài, gần hình tròn với kích thước trung bình. Trọng lượng quả thường dao động từ 2-5 kg và cũng có thể nặng đến 8 kg. Quả có thể mọc trên thân cây hay cành cây.
Bên ngoài có lớp vỏ cứng, dày với gai chóp nhọn có thể dài tới 20 mm, gai quả từ màu xanh đến màu vàng nâu [17, 18]. Gai quả sầu riêng Phần thịt quả bắt đầu hình thành 4 tuần sau khi hoa thụ phấn, bắt đầu như một tấm vải trắng sau đó bao bọc toàn bộ hạt. Phần thịt quả với mùi đặc trưng tùy cảm nhận mà mùi có thể là thơm hay khó chịu. Mùi mạnh này có thể được phát hiện trong vòng bán kính nửa dặm [18].
Phần thịt quả sầu riêng SVTH: Phạm Thị Thanh Huyền 12 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh Phần ăn được của quả chỉ chiếm khoảng 15-30 %. Do vậy sẽ có tới 70-85 % quả bị thải bỏ nếu không được xử lý đúng cách điều này có thể sẽ trở thành một vấn nạn môi trường [14]. Sầu riêng từ cây ở độ tuổi 50, 60 năm và nhiều hơn nữa có chất lượng cao hơn về hương vị, mùi thơm, và kết cấu quả [18].
Phân bố Sầu riêng là loài cây nhiệt đới chủ yếu được trồng ở Sri Lanka, miền Nam Ấn Độ, Nam Miến Điện, Thái Lan, Campuchia, Việt Nam, Malaysia, Indonesia, Borneo, Mindanao (Philippines) và New Guinea. Thái Lan là nước sản xuất thương mại lớn nhất (sản xuất 927194 tấn vào năm 1999, với khoảng 137649 ha trồng), tiếp theo là Indonesia và bán đảo Malaysia. Quả được đánh giá cao tại các thị trường Đông Nam Á [18, 28]. Ở nước ta sầu riêng được trồng đầu tiên tại Tân Quy (Biên Hòa) sau đó bắt đầu lan rộng ra những vùng Đông Nam Bộ, Đồng bằng Sông Cửu Long và Tây Nguyên [32].
Giá trị dinh dưỡng Trái sầu riêng có chứa rất nhiều chất dinh dưỡng. Phân tích trong 100 gam múi có: nước (64,10 gam), năng lượng (153 kcal), protein (2,70 gam), kali (70 mg), natri (40 mg), cacbon hiđrat (27,90 gam), canxi (40 mg), lân (44 mg), sắt (1,90 mg), vitanmin C (23,30 mg) [33], Vitamin B1 (0,10 mg), Vitamin B2 (0,13 mg), Niacin (0 mg), Caroten (150 μg ), Fibre (0,90 g), Retinol (25 μg ) [28]. Quả sầu riêng có nhiều chất bổ nên dùng để phục hồi sức khỏe cho người mới ốm dậy rất tốt, có tính tráng dương, lọc máu và trừ giun sán,… [23]. Những người có huyết áp cao hoặc phụ nữ mang thai được khuyên không nên ăn sầu riêng [18] SVTH: Phạm Thị Thanh Huyền 13 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.
Phan Thị Hoàng Oanh 1. Yêu cầu điều kiện ngoại cảnh Sầu riêng là cây nhiệt đới điển hình, sinh trưởng và phát triển tốt nhất trong đất màu mỡ, độ ẩm dồi dào, đất sâu với chất hữu cơ dồi dào, có khả năng thoát nước tốt, gần nguồn nước tưới và độ pH từ 6-7 như đất sét, đất đỏ bazan, đá granit,… [18, 28]. Lượng mưa yêu cầu hàng năm từ 1500 đến 3000 mm mưa cũng phân bố đều quanh năm, mùa khô không quá 3 tháng, đặc biệt là không mưa khi trái già-chín tốt nhất là trong vòng 16° bắc và phía nam của đường xích đạo [18]. Nhiệt độ: 25 -30oC phân bố đều và nên có đủ ánh sáng mặt trời để cây phát triển mạnh [28].
Vỏ quả sầu riêng Là phần bỏ đi từ quả sầu riêng. Trong một quả sầu riêng phần vỏ quả chiếm tới 70- 85% khối lượng quả [14]. Vỏ quả sầu riêng 1. Công dụng của vỏ quả sầu riêng Vỏ quả sầu riêng tuy là phần bỏ đi của quả nhưng lại có rất nhiều công dụng đáng kinh ngạc: - Chữa bệnh: Theo Đông y, vỏ quả sầu riêng có vị đắng, tính ấm, có tác dụng ích khí tiêu thực, cầm mồ hôi, làm ấm phổi để chữa ho, thường được dùng làm thuốc bổ SVTH: Phạm Thị Thanh Huyền 14 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.
Phan Thị Hoàng Oanh khí, chữa đầy bụng, khó tiêu, ho do hàn, cảm sốt. Ngày dùng 15-20 gam lá và rễ, thái nhỏ nấu nước uống [16, 18]. - Trong phân tích xử lý nước thải: Cũng được ứng dụng rất nhiều trong việc chiết tách làm vật liệu hấp phụ: hấp phụ các kim loại nặng [5, 7, 13] hay vỏ sầu riêng nếu được bổ sung các axit béo cũng có thể giữ lại hiệu quả ban đầu của nó, để hấp phụ dầu tràn trong nước [20, 22]. Thành phần hóa học của vỏ sầu riêng Trong vỏ quả sầu riêng có ba thành phần cơ bản là xenlulozơ (30,92%); hemixenlulozơ (17,99%) và lignin (7,69%) [14].
Cấu trúc trong thành tế bào 1. Xenlulozơ Xenlulozơ: Là một polime hợp thành từ các mắc xích β-glucozơ nối với nhau bởi các liên kết β-1,4-glicozit, phân tử xenlulozơ không phân nhánh, không xoắn. SVTH: Phạm Thị Thanh Huyền 15 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh Hình 1.
Cấu trúc của xenlulozơ Hemixenlulozơ: Về cơ bản, hemixenlulozơ là polisaccarit phức tạp giống như xenlulozơ, nhưng có số lượng mắt xích nhỏ hơn nên khối lượng phân tử nhỏ hơn xenlulozơ. Hemixenlulozơ thường bao gồm nhiều loại mắt xích khác nhau và có chứa các nhóm thế khác như axetyl và metyl. Vai trò của hemixenlulozơ là để kết nối các sợi lignin và sợi xenlulozơ,. Cấu trúc của hemixenlulozơ - Tính chất vật lý: Xenlulozơ là chất rắn hình sợi, màu trắng, không mùi, không vị.
Có tính bền vững cơ học cao, chịu được nhiệt độ đến 200oC mà không bị phân hủy. Tỷ trọng lúc khô là 1,45; khi khô xenlulozơ không tan trong nước và các dung môi hữu cơ nhưng tan trong dung dịch Schweizer (dung dịch Cu(OH) 2 tan trong amoniac NH 3 ), axit vô cơ mạnh SVTH: Phạm Thị Thanh Huyền 16 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh như: HCl, HNO 3 ,. - Tính chất hóa học: + Phản ứng thủy phân: Xenlulozơ được cấu tạo bởi các mắt xích β-D-glucozơ liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-glucozit, do vậy liên kết này thường không bền.
Đun nóng xenlulozơ trong dung dịch axit vô cơ đặc thu được glucozơ. Phương trình phản ứng: H+, t0 (C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6 + Phản ứng với axit vô cơ: Đun nóng xenlulozơ trong hỗn hợp axit nitric đặc và axit sunfuric đặc thu được xenlulozơtrinitrat. Phương trình phản ứng: H2SO4đặc, t0 [C6H7O2(OH)3]n + 3nHNO3đặc [C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O Xenlulozơ trong tự nhiên là thành phần chủ yếu tạo nên các vách tế bào thực vật, tạo nên bộ khung của cây [10, 25, 36]. Lignin Lignin: Được xem như là bức tường của xenlulozơ, giữ vai trò là chất kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ, chống lại sự xâm nhập của vi khuẩn đối với cây và chống thấm nước.
Lignin có cấu trúc phức tạp, là một polyphenol có mạng không gian mở, cấu trúc đơn vị cơ bản là phenylpropan, dễ bị hòa tan trong dung dịch axit hoặc kiềm. Thành phần thay đổi theo từng loại gỗ, tuổi cây hoặc vị trí của nó trong gỗ. SVTH: Phạm Thị Thanh Huyền 17 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh Hình 1.
Cấu trúc của lignin Lignin có khả năng mềm đi dưới tác dụng của nhiệt độ và bị hòa tan trong một số hợp chất hóa học. Trong gỗ, bản thân lignin có màu trắng. Đơn vị cấu trúc cơ bản là phenylpropan. Từ đơn vị cơ bản là phenylpropan, các cấu trúc điển hình được đề nghị là Syringylpropan (S), Parahydroxylphenylpropan (P) và Guaicylpropan (G) [10, 36].
SVTH: Phạm Thị Thanh Huyền 18 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh CH2OH CH2OH CH2OH CH CH CH HC HC HC H3CO H3CO OCH3 OH OH OH trans-Coniferyl alcohol trans-Sinapyl alcohol trans-p-Coumaryl alcohol (dạng Guaiaacyl - G) (dạng Syringgyl – S) (dạng Parahyđroxylphenyl – P) Hình 1. Các dạng cấu trúc điển hình của lignin 1. Chiết tách xenlulozơ từ vỏ quả sầu riêng Sử dụng xenlulozơ từ vỏ quả sầu riêng thực chất là quá trình loại bỏ lignin.
Để loại bỏ lignin từ vỏ quả sầu riêng, ta thực hiện quá trình nấu với tác chất nấu thích hợp. Tác chất nấu có tác dụng thúc đẩy quá trình nấu và làm cho việc tách xenlulozơ diễn ra dễ dàng với hiệu suất cao hơn. Để tách xenlulozơ thì trong thực tế người ta sử dụng rất nhiều tác chất nấu khác nhau. Trong khóa luận này chúng tôi sử dụng tác chất nấu là NaOH và H 2 SO 4 do cho hiệu suất loại lignin cao [5, 8] và sau đó chúng tôi tiến hành so sánh hiệu quả của hai phương pháp.