Tài liệu Nghiên cứu thu nhận theobromin thô từ mỏ quả ca cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM -------- NGUYỄN HỮU TUẤN NGHIÊN CỨU THU NHẬN THEOBROMIN THÔ TỪ VỎ QUẢ CA CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Nha Trang, năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM -------- NGUYỄN HỮU TUẤN NGHIÊN CỨU THU NHẬN THEOBROMIN THÔ TỪ VỎ QUẢ CA CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM GVHD: ThS. NGUYỄN VĂN TẶNG Nha Trang, năm 2013 ii i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hữu Tuấn MSSV: 51131851 Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm Tên đề tài: “Nghiên cứu thu nhận Theobromin thô từ vỏ quả ca cao” NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... Nha Trang, ngày tháng năm 2013 GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Nhà trƣờng, Ban Chủ nhiệm khoa Công nghệ Thực phẩm, phòng Khoa học Công nghệ đã xét duyệt cho phép em đƣợc thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học: “Nghiên cứu thu nhận Theobromin thô từ vỏ quả ca cao”. Sau hơn 12 tháng (từ tháng 5 năm 2012 đến tháng 5 năm 2013) thực hiện nghiên cứu dƣới sự hƣớng dẫn hết sức tận tình của Thầy Nguyễn Văn Tặng em đã hoàn thành đề tài nghiên cứu và cùng với đồ án tốt nghiệp này. Em xin trân trọng cám ơn thầy Nguyễn Văn Tặng đã hết lòng hƣớng dẫn, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm, luôn động viên em những lúc khó khăn nhất để em có thể vƣợt qua và hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học và đồ án tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn quý các thầy cô khoa Công nghệ Thực phẩm đã truyền đạt cho em kiến thức và nhiều lời khuyên quý báu trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô Trung tâm Thí nghiệm– thực hành, các thầy cô quản lý các phòng thí nghiệm đã quan tâm, hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi nhất để em thực hiện nghiên cứu của mình tại các phòng thí nghiệm. Em chân thành cảm ơn sự động viên giúp đỡ của gia đình và tất cả các bạn. Trong suốt thời gian thực hiện nghiên cứu tại các phòng thí nghiệm Trƣờng Đại học Nha Trang, mặc dù gặp rất nhiều khó khăn, thử thách nhƣng đƣợc sự giúp đỡ, ủng hộ, động viên của gia đình, thầy cô, bạn bè đã giúp em hoàn thành đề tài của mình. Nha trang, tháng 6 năm 2013 Sinh viên thực hiện Nguyễn Hữu Tuấn ii iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC H NH ẢNH V ĐỒ TH .........................................................v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................. vi MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƢƠNG I TỔNG QUAN .....................................................................................2 1.1 Khái quát hoạt động nghiên cứu liên quan đến đề tài.............................................. 2 1.1.1 Tổng quan về cây ca cao .......................................................................2 1.1.1.1 Nguồn gốc và đặc điểm hình thái của cây ca cao ............................ 2 1.1.1.2 Phân loại giống ................................................................................. 3 1.1.1.3 Thu hái và chế biến .......................................................................... 5 1.1.1.4 Cấu tạo và thành phần của quả ca cao.............................................. 6 1.1.1.5 Tình hình sản xuất và tiêu thụ ca cao trên thế giới ......................... 7 1.1.1.6 Tình hình sản xuất ca cao trong nƣớc .............................................. 7 1.1.2 Tổng quan về Theobromin ...................................................................8 1.1.2.1 Tính chất hóa học và lý học ............................................................. 8 1.1.2.2 Tính dƣợc lý ..................................................................................... 9 1.1.2.3 Các phƣơng pháp định lƣợng Theobromin ...................................... 9 1.1.3 Tổng quan về quá trình tách trích ly Theobromin ..........................11 1.1.3.1 Bản chất của quá trình trích ly ....................................................... 11 1.1.3.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình trích ly .................................. 13 1.1.3.3 Phân loại các phƣơng pháp trích ly ................................................ 15 1.1.3.4 Lựa chọn dung môi cho quá trình trích ly ...................................... 15 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ......................................... 16 1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới......................................................................16 1.2.2 Nghiên cứu trong nƣớc .......................................................................19 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG V PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................22 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu .................................................................................................... 22 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................................. 22 2.2.1 Phạm vi nghiên cứu .............................................................................22 2.2.2 Xây dựng quy trình tách chiết Theobromin dự kiến .......................22 2.2.2.1 Quy trình nghiên cứu dự kiến ........................................................ 22 2.2.2.2 Thuyết minh quy trình .................................................................... 22 2.2.2.3 Bố trí thí nghiệm ............................................................................ 24 a. Bố trí thí nghiệm xác định thành phần khối lượng và thành phần hóa học của vỏ quả ca cao ................................................................................24 b. Bố trí thí nghiện lựa chọn dung môi trích ly...............................................25 c. Bố trí thí nghiệm lựa chọn thời gian trích ly .........................................27 d. Bố trí thí nghiệm xác định số lần trích ly ..............................................27 2.2.2.4 Phƣơng pháp phân tích HPLC-UV . .............................................. 29 2.3 Phƣơng pháp xử lý số liệu ........................................................................................ 30 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU V THẢO LUẬN ..............................31 3.1 Kết quả xác định thành phần khối lƣợng và thành phần hóa học của quả ca cao... 31 3.2 Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn và giản đồ sắc ký ................................................. 32 3.3 Kết quả xác định dung môi chiết Theobromin thô từ vỏ quả ca cao ............ 33 3.4 Kết quả nghiên cứu xác định thời gian trích ly và số lần trích ly......................... 35 3.5 Quy trình hoàn thiện thu nhận Theobromin thô từ vỏ quả ca cao...................... 37 3.5.1 Sơ đồ quy trình ....................................................................................37 3.5.3 Thuyết minh quy trình ........................................................................37 3.5.3 Chi phí để sản xuất 20g Theobromin thô từ vỏ quả ca cao: ............38 CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN V ĐỀ XUẤT Ý KIẾN .............................................39 4.1 Kết luận: .......................................................................................................................... 39 4.2 Đề xuất ý kiến: ................................................................................................................ 39 T I LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................40 PHỤ LỤC .................................................................................................................44 iv v DANH MỤC CÁC H NH ẢNH V ĐỒ TH STT TÊN H NH ẢNH V ĐỒ TH Hình 1.1 Cây ca cao 1 Hình 1.2 Giống Criollo 2 TRANG 2 4 3 Hình 1.3 Giống Forastero 4 4 Hình 1.4 Giống Trinitario 5 5 Hình 1.5 Cấu tạo giải phẫu của quả ca cao 6 6 Hình 1.6 Công thức cấu tạo của Theobromin 8 7 Hình 1.7 Sơ đồ quy trình dự kiến chiết xuất Theobromin thô từ vỏ quả ca cao 23 Hình 1.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thành phần khối lƣợng 8 và thành phần hóa học của vỏ quả ca cao 25 Hình 1.9 Sơ đồ bố trí thí nghiện lựa chọn dung môi trích ly 9 Theobromin thô từ vỏ quả ca cao 26 Hình 1.10 Sơ đồ bố trí thí nghiệm lựa chọn thời gian trích ly 10 Theobromin thô từ vỏ quả ca cao 28 11 Hình 1.11 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định số lần trích ly 29 15 Đồ thị 2.1 Xây dựng đƣờng chuẩn Theobromine. 32 16 Đồ thị 2.2 Sắc ký đồ Theobromine của mẫu chuẩn. 33 17 Đồ thị 2.3 Sắc ký đồ Thebromine của mẫu phân tích. 33 18 Đồ thị 2.4 Kết quả lựa chọn dung môi. 34 19 Đồ thị 2.5 Kết quả xác định thời gian, số lần trích ly. 35 24 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chiết xuất Theobromin thô từ vỏ quả ca cao. 38 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TÊN BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học của lớp vỏ cứng (shell). STT 1 TRANG 6 2 Bảng 1.2 Thành phần hóa học của lớp vỏ thịt (pulp). 6 3 Bảng 2.1 Thành phần khối lƣợng của quả ca cao tƣơi. 31 4 Bảng 2.2 Thành phần hóa học của vỏ quả ca cao. 31 5 Bảng 2.3 Chi phí sản xuất 20g Theobromin thô từ vỏ quả ca cao. 38 Bảng 2.4 Kết quả phân tích Theobromin bằng phƣơng pháp 6 HPLC-UV lựa chọn dung môi trích ly. 44 Bảng 2.5 Kết quả phân tích Theobromin bằng phƣơng pháp HPLC7 UV lựa chọn thời gian và số lần trích ly. 44 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT - HPLC: High-Performance Liquid Chromatography - HPLV-UV: High-Performance Liquid Chromatography with Ultraviolet - L: lít - NIRS: Near Infrared Reflectance Spectroscopy - UIPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry vi 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Trong công nghiệp sản xuất ca cao thì chỉ có hạt ca cao là nguồn ca cao thƣơng mại, còn vỏ ca cao thì thải bỏ ra môi trƣờng bên ngoài, gây ô nhiễm môi trƣờng, tác động xấu đến đời sống con ngƣời. Hơn nữa, cây ca cao là công nghiệp có giá trị kinh tế cao, do đó nhu cầu sản xuất hạt ca cao ngày càng tăng thì lƣợng phế phẩm thải ra môi trƣờng ngày càng nhiều dẫn đến vấn đề ô nhiễm môi trƣờng ngày càng tăng lên. Trong vỏ ca cao có chứa chất Theobromin, chất có khả năng làm tăng sức chịu đựng của tim, điều hoà huyết áp, tăng cƣờng hoạt động của hệ tuần hoàn, chúng đƣợc tìm thấy trong hợp chất chữa bệnh tim cho ngƣời, đƣợc ứng dụng nhiều trong y học. Do đó, nghiên cứu thu hồi Theobromin từ phế liệu vỏ quả ca cao để thu Theobromin ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, hạn chế sự ô nhiễm môi trƣờng và nâng cao giá trị sử dụng cho cây ca cao là vấn đề có tính rất cấp thiết hiện nay. 2. Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình tách chiết Theobromin thô từ phế liệu vỏ quả ca cao để thu đƣợc sản phẩm Theobromin ứng dụng trong thực phẩm nhằm khai thác một cách triệt nguồn nguyên liệu quả ca cao, tận dụng nguồn phế thải vỏ ca cao, hạn chế sự ô nhiễm và bảo vệ môi trƣờng, nâng cao giá trị sử dụng cho cây ca cao. 3. Nội dung nghiên cứu:  Xây dựng quy trình dự kiến thu nhận Theobromine thô từ vỏ quả ca cao.  Xác định thành phần khối lƣợng của quả ca cao và thành phần hóa học cơ bản của vỏ quả ca cao.  Khảo sát một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình trích ly Theobromine từ vỏ quả ca cao.  Đề xuất quy trình thu nhận Theobromine thô từ vỏ quả ca cao  Sơ bộ tính chi phí sản xuất 20g Theobromin thô từ vỏ quả ca cao. CHƢƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Khái quát hoạt động nghiên cứu liên quan đến đề tài: Tổng quan về cây ca cao [3], [4], [12], [16], [38] 1.1.1 1.1.1.1 Nguồn gốc và đặc điểm hình thái của cây ca cao: a) Nguồn gốc: Tên khoa học: Theobroma ca cao, theo hệ thống đƣợc phân loại thuộc họ Trôm (Sterculiceae), theo phân loại của hệ thống APG II thì thuộc phân họ Byttnerivideae thuộc họ Cẩm quỳ (Mavalceae). Cây ca cao có nguồn gốc ở vùng Amazone, trung tâm châu Mỹ. Ngƣời Aztec và Maya đã tìm thấy và sử dụng nó. Hình 1.1 Cây ca cao Christopher Colombus khám phá ra hạt ca cao ở Châu Mỹ vào năm 1502. Hernando cortes đã mang rất nhiều ca cao về Tây Ban Nha vào năm 1958. Những nƣớc trồng ca cao chủ yếu trên thế giới: - Châu Phi: Bờ Biển Ngà, Ghana, Nigeria, Uganda… - Châu Mỹ: Brazil, Cameroon, Ecuador… - Châu Á: Indonexia, Malaysia, Việt Nam… Ở Việt Nam ca cao du nhập vào rất sớm, theo các nhà truyền giáo phƣơng tây. Việt Nam trồng ca cao đầu tiên là ở Quảng Ngãi, nhƣng đến năm 2004 thì Đắc Lắc là nơi có diện tích trồng ca cao lớn nhất nƣớc (990 ha). Do cây ca cao không 2 3 chịu nắng nên mô hình trồng ca cao thƣờng trồng xen kẽ với những cây ngắn ngày, dài ngày khác để che nắng. Hiện tại cây đƣợc trồng rộng rãi ở nhiều nơi, vùng Tây nguyên vẫn đƣợc đánh giá là có điều kiện lý tƣởng nhất cho phát triển cây ca cao. Ở đây theo nghiên cứu thống kê thì cây ra hoa cho quả quanh năm, sản lƣợng bình quân đạt 3kg hạt khô/ cây 5 tuổi. Tuy nhiên, hiện tại ở Việt Nam cây ca cao chƣa đƣợc phát triển rộng rãi do quy hoạch không tập trung, kỹ thuật xử lý sau thu hoạch cũng phức tạp, phải ủ lên men nên ngƣời dân ngại trồng. Khoảng năm 2002 tổ chức Succes Alliance có dự án phát trển cây ca cao mà khởi đầu từ Bến Tre. Đến năm 2006 chuyến hàng xuất khẩu hạt ca cao đƣợc xuất hiện dù sản lƣợng vẫn còn thấp. b) Đặc điểm hình thái: Là loại cây thuộc có tán thuộc tầng trung bình, sống dƣới bóng những cây cổ thụ, chiều cao của cây có thể cao tới 11m, rễ ca cao thuộc loại rễ chùm nên không ăn sâu vào lòng đất. Loại đất thích hợp nhất cho cây ca cao là mùn xốp. Cây có thể sống tới 15 -20 năm, sau ba năm cây bắt đầu ra hoa, kết trái và cho trái quanh năm. Trái ca cao đâm ra trực tiếp từ thân hoặc từ những cành lớn. Cây cho sản lƣợng cao nhất khi cây khoảng 9 – 10 tuổi, cây mang lại khoảng 20 – 30 trái/năm, năm đƣợc mùa có thể lên đến 50 trái/năm. Trái ca cao khi chƣa chín có màu xanh, khi trái chín có màu vàng, dáng bầu dục thuôn dài, có chiều dài khoảng 15 tới 25cm và đƣờng kính khoảng 7 – 10cm. Trong mỗi trái có 5 dãy hạt, mỗi dãy khoảng 25 tới 50 hạt. 1.1.1.2 Phân loại giống:  Giống Criollo: Đây là loài cây ca cao nguyên thủy của ngƣời Mayas ở Mêxico, đƣợc mệnh danh là “công chúa của các loài ca cao” do hƣơng vị thơm ngon tinh tế đặc biệt của nó. Giờ đây nó đƣợc trồng ở cả Venezuela, Madagasca, Indonesia. Năng suất thấp và khả năng kháng sâu bệnh kém nhƣng chất lƣợng hạt ca cao là tốt nhất có thể làm ra loại Chocolate ngon nhất, thị phần 5% trên thị trƣờng ca cao. Nhị hoa màu hồng nhạt, quả màu đỏ hoặc xanh trƣớc khi chín, khi chín màu đỏ sẫm, hình dáng dài, dƣới rất nhọn, mang 10 khía đều nhau có khi phân thành 2 nhóm xen kẽ. Hình 1.2 Giống Criollo  Giống Forastero: Đƣợc trồng nhiều ở Brazil, Ghana…Loại ca cao này giàu chất béo và có mùi hơi hăng. Nó dễ trồng sản lƣợng lại cao lên đến 90% lƣợng ca cao này đƣợc để sản xuất Chocolate. Ở Việt Nam trồng chủ yếu giống này. Hình 1.3 Giống Forastero Chất lƣợng trung bình, năng suất khá cao và kháng sâu bệnh, chiếm 80% thị trƣờng ca cao. 4 5 Nhụy hoa màu tím, quả màu xanh lá cây, vàng khi chín, hình dài, nhọn, ít khía, mặt trơn, phôi nhũ tƣơi, màu đỏ đậm. Hạt hơi lép, tử diệp có màu đỏ đậm, lúc tƣơi có vị hơi đắng, 30 – 60 hạt/quả.  Giống Trinitario: Loài ca cao đặc trƣng cho vùng Tây bán cầu có xuất xứ từ Trinidat. Năng suất cao và khả năng kháng bệnh tốt, đây là giống có chất lƣợng trung bình. Thị phần 10 – 15%. Là loại ca cao đƣợc lai tạo từ 2 giống: Criollo và Frastero nên có đặc điểm trung gian. Phôi nhũ màu tím nhạt, quả dẹp, quả có rãnh sâu không rõ nét, chứa nhiều hơn 40 hạt/quả. Hình 1.4 Giống Trinitario 1.1.1.3 Thu hái và chế biến: Chỉ thu hoạch khi trái đã đạt độ chín kỹ thuật, là lúc trái có màu vàng hoặc đỏ cam tùy theo giống. Trái chín thuận lợi cho việc lên men, hàm lƣợng bơ trong hạt cao và có hƣơng thơm tốt nhất. Không nên để quá muộn vì hạt có thể nảy mầm bên trong trái, bị hƣ do sâu bệnh, chuột, sóc phá hoại. Còn nếu hái quá sớm thì có thể làm cho năng suất thấp, khó bóc hạt và chất lƣợng không cao. Đối với những trái ngang tầm tay ta dùng dao cắt, còn những trái cao hơn thì dùng những dụng cụ hái trái để hái. Cắt cuống trái bằng kéo tỉa cành hoặc dao bén. Cần lƣu ý rằng kéo lƣỡi càng bén thì càng ít tạo vết thƣơng cho cây. Tránh va chạm lƣỡi cắt vào thân cây vì sự va chạm gây trầy xƣớc, làm tổn thƣơng đệm hoa sẽ ảnh hƣởng xấu tới sự ra hoa kết trái ở các vụ sau. 1.1.1.4 Cấu tạo và thành phần của quả ca cao: Quả ca cao đƣợc cấu tạo từ 4 phần gồm: Lớp vỏ cứng bên ngoài cùng, tiếp theo là lớp vỏ nhầy màu trắng bao quanh hạt, kế đó là lớp vỏ trấu và hạt nằm trong cùng. Hình 1.5 Cấu tạo giải phẫu của quả ca cao Bảng 1.1 Thành phần hóa học của lớp vỏ cứng (shell): Thành phần Hàm lượng (%) 10,0 3,0 13,5 16,5 9,0 6,0 6,5 0,75 Độ ẩm Chất béo Protein Chất xơ Tannin Peptosan Tro Theobromin Bảng 1.2 Thành phần hóa học của lớp vỏ thịt (pulp): Thành phần Độ ẩm Abumiloit, chất chát Glucozo Saccaroza Axit bay hơi (axit tatric) Fe2O3 Chất khoáng ( K, Na, Ca, Mg) 6 Hàm lượng (%) 79,7-88,5 0,5-0,7 8,3-13,1 0,4-0,9 0,2-0,4 0,03 0,40 7 Tình hình sản xuất và tiêu thụ ca cao trên thế giới: 1.1.1.5 a) Những nƣớc trồng ca cao chủ yếu trên thế giới: Ca cao đƣợc trồng trên 50 nƣớc trên thế giới, chủ yếu là ở Tây Phi, trung tâm và Nam Mỹ và châu Á. Tuy vậy, sản lƣợng chính chỉ tập trung ở một số nƣớc, khoảng 70% sản lƣợng thế giới đƣợc sản xuất từ 3 nƣớc Bờ Biển Ngà, Ghana và Indonesia. Bờ Biển Ngà là nƣớc sản xuất ca cao lớn nhất thế giới, sản lƣợng niên vụ 2010/2011 đạt 1.56 triệu tấn (chiếm 40% tổng sản lƣợng cung cấp trên toàn cầu). Ghana đạt mức sản lƣợng 955.000 tấn. Trong năm 2011, sản lƣợng cacao của Indonesia đạt khoảng 435.000 tấn. - Châu Phi gồm có Bờ Biển Ngà (Côtđivoa), Ghana, Nigieria, Uganđa. - Châu Mỹ gồm có Brazil, Cameroon, Ecuador. - Châu Á gồm có Inđônêsia, Maylasia, Việt Nam. b) Những nƣớc tiêu thụ ca cao chủ yếu trên thế giới: Mặc dù ca cao đƣợc sản xuất chủ yếu ở các nƣớc đang phát triển nhƣng nó lại đƣợc tiêu thụ chủ yếu ở châu Âu (Anh, Đức, Pháp, Nga, Ý, Tây Ban Nha, Bỉ, Hà Lan), Bắc Mỹ (Brazil, Mexico, Canada) và châu Á (Nhật). Trong đó, các nƣớc Mỹ La Tinh xuất khẩu ca cao vào Mỹ, các nƣớc châu Phi bán ca cao chủ yếu vào châu Âu còn châu Á nhập khẩu ca cao từ Inđônêsia, Maylasia, Ecuador hoặc các nƣớc Bắc Mỹ. 1.1.1.6 Tình hình sản xuất ca cao trong nƣớc[40]: Việt Nam có điều kiện địa lý thuận lợi cho việc trồng cây ca cao, Chính phủ Việt Nam có chính sách hỗ trợ các hộ nông dân trồng cây ca cao và đƣợc các tổ chức quốc tế giúp đỡ về mặt kỹ thuật. Các tỉnh trồng nhiều ca cao là Bến Tre, Đăk Lăk, Tiền Giang, Bình Phƣớc, Quảng Ngãi, Cần Thơ. Theo VCC, kế hoạch sản xuất ca cao đến cuối năm 2011 đạt 26.732 ha, tăng thêm 6.143 ha so với thời điểm hiện tại và dự báo đến năm 2015 diện tích ca cao trên cả nƣớc sẽ đạt 53.580 ha. Tuy nhiên trong số liệu này vẫn còn nhiều tỉnh có ý định phát triển ca cao nhƣng chƣa có kế hoạch và chỉ tiêu diện tích cụ thể. Báo cáo tại hội nghị cho thấy từ năm 2010 đến nay giá ca cao luôn ở mức cao và khá ổn định, bình quân trên 50.000 – trên 60.000 đồng/kg hạt khô, làm tăng thu nhập cho ngƣời nông dân trồng ca cao từ 15 – 20 triệu đồng/ha. Đối với các hộ nông dân có đầu tƣ thâm canh, thu nhập từ ca cao có thể đạt mức 60 – 70 triệu đồng/ha. Ngoài ra, thu nhập từ sản lƣợng các cây trồng xen với ca cao nhƣ dừa, điều, cây ăn trái khác… cũng góp phần đáng kể nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất của nông dân trồng ca cao. Thị trƣờng thu mua ca cao tại Việt Nam hiện nay đang có rất nhiều doanh nghiệp trong và ngoài nƣớc tham gia thu mua. Thị trƣờng trong nƣớc có các công ty thu mua ca cao nhƣ: Phạm Minh, Thành Hƣng Thịnh, Phú Bình, Thảo Li, Thành Đạt, Nguyên Lộc, Trọng Đức, Cao Nguyên Xanh, Ca cao A1… Thị trƣờng nƣớc ngoài nhƣ: Cargill, Armazaro, Olam, Touton, Grand Place… với sự tham gia thu mua hạt ca cao của nhiều công ty đã tạo nên một thị trƣờng cạnh tranh, từ đó tạo tâm lý an tâm cho ngƣời nông dân mạnh dạn đầu tƣ mở rộng diện tích trồng mới ca cao. 1.1.2 Tổng quan về Theobromin [3], [6], [8], [18], [25], [26], [29], [33]. 1.1.2.1 Tính chất hóa học và lý học:  Công thức phân tử: C7H8N4O2.  Công thức cấu tạo: Hình 1.6 Công thức cấu tạo của Theobromin Tên UIPAC: 3,7-dihydro-3,7-dimethyl-H-purine-2,6-dione: Tên thông thƣờng: 3,7 Dimethylxanthine 8 9 Theobromine thuộc nhóm alkaloit, là nhóm hợp chất hữu cơ, phân tử có nhân dị vòng và có tính kiềm hoặc lƣỡng tính, nitơ trong phân tử alkaloid tạo nên đặc tính cơ bản của loại hợp chất này. Là thành phần đặc trƣng của ca cao, chiếm khoảng 1,5 – 1,7 % so với khối lƣợng của hạt. Theobromine không những có trong hạt mà còn có trong vỏ quả ca cao, hàm lƣợng của nó chiếm từ 0,5-1,0%. Theobromine ở dạng tinh thể bé, màu trắng, có vị đắng, bắt đầu thăng hoa ỏ nhiệt độ 3080C. Độ tan: tan trong nƣớc (1,0g/2L), trong nƣớc sôi (1,0g/0,15L) và trong etanol 95% (1,0g/2,2L), rất ít tan trong cloroform (1,0g/6L), hầu nhƣ không hòa tan trong benzene, diethyl ether và carbon tetrachloride. 1.1.2.2 Tính dƣợc lý: Theobromine đƣợc sử dụng trong điều trị sƣng và phù nề. Theobromine cũng đƣợc sử dụng nhƣ một thuốc lợi tiểu và một chất kích thích tự nhiên tim mạch, tăng lƣu lƣợng oxy đến các vùng khác nhau trong cơ thể. Cải thiện lƣu lƣợng máu, kích thích chức năng nhận thức và cải thiện trí nhớ. Theobromin góp phần quan trọng trong việc điều trị hen suyễn. 1.1.2.3 Các phƣơng pháp định lƣợng Theobromin:  Phƣơng pháp kết tủa: Dùng các chất kết tủa khác nhau (thuốc thử: HgI2 +KI hoặc dung dịch I2 trong KI) để chuẩn độ. Ví dụ: Cho dung dịch chứa I2 vào dung dịch chứa alkaloid trong môi trƣờng trung tính hoặc axit yếu, I2 tạo thành kết tủa với alkaloid. Chuẩn độ lƣợng I2 dƣ bằng dung dịch Na2S2O3 với chỉ thị là hồ tinh bột.[6],[11] Phản ứng với bạc nitrat (AgNO3): Theobromine thu đƣợc sau khi trích ly cho phản ứng với bạc nitrat tạo thành muối bạc và axit nitric, chuẩn độ axit sinh ra bằng NaOH 0,1N với chỉ thị phenolphthalein 1% cho đến khi xuất hiện màu hồng bên, đọc thể tích NaOH 0,1N, rồi tính lƣợng Theobromin có trong mẫu phân tích.[10],[11] Theobromin + AgNO3 -> Theobromin-Ag + HNO3.  Phƣơng pháp quang phổ UV- Vis [21], [31] Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ điện tử vùng tử ngọai (UV) và khả kiến (Vis) đƣợc áp dụng để xác định định tính (nhận biết chất), xác định định lƣợng, xác định cấu trúc, nghiên cứu phức chất (xác định thành phần, hằng số bền), hệ số hấp thụ phân tử. Là chiếu chùm tia đơn sắc với một dãy các bƣớc sóng qua dung dịch chất hấp thụ ánh sáng, khi đó các cấu tử trong dung dịch sẽ hấp thụ chọn lọc một số tia ở những bƣớc sóng khác nhau tùy theo cấu trúc của mỗi chất. Bộ phận phân tích và hiển thị kết quả cho ta biết các thông tin về cực đại hấp thụ và hiển thị các phổ đồ hấp thụ điện tử của các cấu tử trong dung dịch cần phân tích. Nếu kết quả cho thấy cực đại hấp thụ và cƣờng độ quang phổ hấp thụ điện tử, của mẫu thử và mẫu chuẩn gần giống nhau trong khoảng bƣớc sóng nhất định, ta có thể định tính đƣợc các mẫu nghiên cứu dựa trên mẫu chuẩn. Ban đầu xây dựng đƣờng chuẩn từ Theobromin chuẩn, sau đó lấy mẫu cần phân tích Theobromin đi đo đọ hấp thụ ở bƣớc sóng 276nm hoặc 310nm. Từ đƣờng chuẩn suy ra hàm lƣợng Theobromin.  Phƣơng pháp Săc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC): [9], [13], [14], [15], [27] Phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) ra đời năm 19671968 trên cơ sở phát triển và cải tiến từ phƣơng pháp sắc ký cột cổ điển. HPLC là một phƣơng pháp chia tách trong đó pha động là chất lỏng và pha tĩnh chứa trong cột là chất rắn đã đƣợc phân chia dƣới dạng tiểu phân hoặc một chất lỏng phủ lên một chất mang rắn, hay một chất mang đã đƣợc biến bằng liên kết hóa học với các nhóm chức hữu cơ. Phƣơng pháp này ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi và phổ biến vì nhiều lý do: có độ nhạy cao, khả năng định lƣợng tốt, thích hợp tách các hợp chất khó bay hơi hoặc dễ phân hủy nhiệt. 10 11 Phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) đƣợc sử dụng để phân tích Theobromin, Theophyllin và Cafein ở bƣớc sóng 274nm.  Phƣơng pháp Sắc ký lỏng hiệu năng cao kết hợp tia cực tím (HPLC-UV) Phƣơng pháp HPLC-UV nguyên tắc thực hiện tƣợng tự nhƣ HPLC, tuy nhiên nhờ có sự kết hợp với tia cực tím UV cho nên thời gian phát hiện nhanh hơn, cho hình ảnh quang phổ Theobromin rõ nét hơn, dựa vào điều đó giúp cho việc tính toán hàm lƣợng Theobromin chính xác hơn, độ tin cậy cao hơn HPLC. [23],[30]  Phƣơng pháp quang phổ cận hồng ngoại (NIRS) Là phƣơng pháp rất hiện đại thƣờng dùng để xác định hàm lƣợng Theobromnin và Cafein trong mẫu phân tích, cho kết quả chính xác trong thời gian ngắn, có tiến hành phân tích nhiều mẫu cùng một lúc.[20] 1.1.3 Tổng quan về quá trình tách trích ly Theobromin [1], [2] 1.1.3.1 Bản chất của quá trình trích ly: Bản chất của quá trình trích ly là sự rút chất hòa tan trong chất lỏng hay chất rắn bằng một chất hòa tan khác (gọi là dung môi) nhờ quá trình khếch tán giữa các chất có nồng độ khác nhau. Trích ly chất hòa tan trong chất lỏng là trích ly lỏng, còn trích ly chất hòa tan trong chất rắn là trích ly chất rắn. Bản chất của quá trình trích ly là quá trình khuếch tán phân tử và quá trình khuếch tán đối lƣu.  Quá trình khuếch tán phân tử. Khuếch tán phân tử là quá trình dịch chuyển hỗn độn lẫn nhau giữa các phân tử của các chất khác nhau. Sự khuếch tán phân tử là dựa vào động học bên trong của các phân tử, hay còn là sự chuyển động nhiệt tuân theo định luật Fick: dS = - D * F * dc dx * d Trong đó F: diện tích tiếp xúc với chất cần thiết và dung môi : Gradien nồng độ D là hệ số khuếch tán. Hệ số khuếch tán D là lƣợng vật chất đi qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian khi Gradien nồng độ bằng 1. Hệ số khuếch tán thay đổi theo nhiệt độ, độ nhớt của dung môi và độ lớn của phân tử, có thể dùng công thức của Anhxtanh để biểu thị: D = -KT/(6π.r.M) Trong đó: K: Hằng số khuếch tán M: Độ dính của chất môi giới (dung môi) T: Nhiệt độ tuyệt đối r: Bán kính phân tử khuếch tán  Khuếch tán đối lƣu: Là hình thái di chuyển của vật chất trong dung dịch trong phạm vi nhỏ. Sự khuếch tán đối lƣu chịu tác động chủ yếu của sự chệch lệch nồng độ. Nồng độ càng lớn thì hiệu suất di chuyển từ vùng nồng độ cao tới vùng nồng độ thấp càng lớn. Quá trình này chủ yếu là sự chuyển động của phân tử chất tan trên bề mặt vật liệu vào dung môi và ngoại lực bên ngoài. Trong quá trình trích ly thì 2 quá trình khuếch tán này xảy ra song song nhau. Sự di chuyển vật chất trong khuếch tán phân tử dựa trên động năng của chuyển động nhiệt còn khuếch tán đối lƣu sự di chuyển dựa vào lực tác động bên ngoài. Từ phƣơng trình khuếch tán trên cho thấy tốc độ của quá trình khuếch tán chịu ảnh hƣởng của nhiều yếu tố: nhiệt độ, độ nhớt của môi trƣờng khuếch tán (dung môi), thời gian khuếch tán, tốc độ khuấy đảo…. Nhƣ vậy, muốn tăng hiệu quả của quá trình khuếch tán chỉ cần tác động vào nhiệt độ khuếch tán, thời gian khuếch tán, tỉ lệ dung môi/ nguyên liệu… 12