Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Phân tích đặc tính protein và axit amin trên bề mặt vật liệu nanosilica bằng các phương pháp quang phổ hiện đại

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:113

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích đặc tính hấp phụ của protein và axit amin việc sử dụng các phương pháp phân tích là đặc biệt quan trọng. Các phương pháp quang phổ hiện đại phù hợp mục tiêu đánh giá đặc tính bề mặt của protein và axit amin trên vật liệu nanosilica. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Phân tích đặc tính protein và axit amin trên bề mặt vật liệu nanosilica bằng các phương pháp quang phổ hiện đại

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HOÀNG THỊ SIM PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH PROTEIN VÀ AXIT AMIN TRÊN BỀ MẶT VẬT LIỆU NANOSILICA BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HIỆN ĐẠI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội – 2019
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HOÀNG THỊ SIM PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH PROTEIN VÀ AXIT AMIN TRÊN BỀ MẶT VẬT LIỆU NANOSILICA BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HIỆN ĐẠI Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 8440112.03 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM TIẾN ĐỨC Hà Nội – 2019
LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Tiến Đức đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, chỉ bảo để em hoàn thành đề tài luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô và cán bộ trong bộ môn Hóa Phân Tích và khoa Hóa trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội đã tạo điều kiện và giúp đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện nghiên cứu. Em xin chân thành cảm ơn các anh, chị, em và các bạn trong phòng thí nghiệm bộ môn Hóa Phân Tích đã giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã tạo điều kiện, giúp đỡ và động viên em trong thời gian học tập và thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 11 năm 2019 Học viên Hoàng Thị Sim
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ............................................................................................. 3 1.1. Giới thiệu cây Chùm ngây ..................................................................................... 3 1.1.1. Đặc điểm thực vật và phân bố ..................................................................... 3 1.1.1.1. Tên gọi ......................................................................................................... 3 1.1.1.2. Đặc điểm thực vật ........................................................................................ 3 1.1.2. Công dụng của cây Chùm ngây................................................................... 4 1.2. Các nghiên cứu về hạt Chùm ngây ........................................................................ 6 1.2.1. Các nghiên cứu trong nước ......................................................................... 7 1.2.2. Các nghiên cứu ngoài nước ......................................................................... 7 1.3. Giới thiệu về axit amin L-Tryptophan ................................................................... 9 1.4. Giới thiệu vật liệu nanosilica ............................................................................... 10 1.5. Ứng dụng của nanosilica ..................................................................................... 11 1.6. Lý thuyết về phương pháp hấp phụ ..................................................................... 14 1.6.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ ....................................................... 14 1.6.2. Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ ....................................................... 16 1.6.3. Động học hấp phụ...................................................................................... 18 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................... 20 2.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................................. 20 2.2. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................... 20 2.3. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................ 20 2.3.1. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis .......................................... 20 2.3.2. Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR .............................................................. 21 2.3.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM........................................ 22 2.3.4. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen XRD ............................................................ 23 2.3.5. Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng BET .................................................. 23 2.3.6. Phương pháp tổng hợp vật liệu nanosilica từ vỏ trấu ..................................... 24 2.3.7. Phương pháp tách chiết, tinh chế protein từ hạt Chùm ngây .......................... 25 2.4. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị ..................................................................................... 26 2.4.1. Hóa chất .......................................................................................................... 26
2.4.2. Thiết bị ............................................................................................................ 26 2.4.3. Dụng cụ ........................................................................................................... 27 2.5. Pha chế các dung dịch ............................................................................................ 27 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................... 29 3.1. Đặc trưng của vật liệu nanosilica được tổng hợp từ vỏ trấu .................................. 29 3.1.1. Phổ hồng ngoại (FT-IR) .................................................................................. 29 3.1.2. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen (XRD).................................................................. 30 3.1.3. Ảnh TEM ........................................................................................................ 30 3.1.4. Xác định diện tích bề mặt theo BET ............................................................... 31 3.2. Định tính và định lượng protein tách chiết từ hạt Chùm ngây............................... 32 3.2.1. Phản ứng biure của bột protein tách được từ hạt cây Chùm ngây .................. 32 3.2.2. Phổ hồng ngoại (FT-IR) .................................................................................. 32 3.2.3. Phân tích định lượng protein bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC ............ 33 3.3. Phương pháp phân tích xác định nồng độ L-Trp và nồng độ protein .................... 36 3.3.1. Phân tích L-Trp và protein bằng phương pháp UV-Vis ................................. 36 3.3.2. Đường chuẩn xác định axit amin L-Trp và protein tách chiết từ hạt Chùm ngây ........................................................................................................................... 37 3.4. Hấp phụ axit amin L-Trp trên vật liệu nanosilica .................................................. 39 3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH ............................................................................ 39 3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của lực ion ...................................................................... 40 3.4.3. Khảo sát lượng vật liệu hấp phụ ..................................................................... 42 3.4.4. Khảo sát thời gian hấp phụ.............................................................................. 44 3.4.5. Cơ chế hấp phụ ................................................................................................ 45 3.5. Hấp phụ protein tách chiết từ hạt Chùm ngây trên vật liệu nanosilica được tổng hợp từ vỏ trấu ................................................................................................................ 48 3.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH ............................................................................ 48 3.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của lực ion ...................................................................... 49 3.5.3. Khảo sát lượng vật liệu hấp phụ ..................................................................... 51 3.5.4. Khảo sát thời gian hấp phụ cân bằng .............................................................. 52 3.5.5. Đánh giá sự thay đổi điện tích bề mặt vật liệu hấp phụ bằng phương pháp đo thế zeta ...................................................................................................................... 54 3.5.6. Đánh giá sự thay đổi nhóm chức bề mặt bằng phổ hồng ngoại ...................... 55 3.5.7. Hấp phụ đẳng nhiệt ......................................................................................... 56
3.5.8. Hấp phụ động học ........................................................................................... 59 KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 63 PHỤ LỤC………………………………………………………………………..............69
CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Kí hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt BET Brunauer-Emmett-Teller Phương pháp BET FT-IR Fourier transform infrared Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier spectroscopy HPLC High Performance Liquid Sắc ký lỏng hiệu năng cao Chromatography LOD Limit Of Detection Giới hạn phát hiện LOQ Limit Of Quantity Giới hạn định lượng L-Trp (L) - Tryptophane Axit amin L-Tryptophan TEM Tranmisstion electron Kính hiển vi điện tử truyền qua microscopy UV-Vis Ultraviolet Visible Spectroscopy Phổ hấp thụ phân tử vùng tử ngoại khả kiến XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ Rơnghen
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Các bộ phận của cây Chùm ngây ........................................................................ 3 Hình 1.2. Cấu trúc (L)-Tryptophan ................................................................................... 10 Hình 1.3. Cấu trúc ghép tứ diện SiO2 ............................................................................... 10 Hình 2.1. Vỏ trấu (Ảnh trái); Vỏ trấu nghiền dạng bột (Ảnh giữa); Nanosilica tổng hợp từ vỏ trấu (Ảnh phải) ............................................................................................................. 25 Hình 2.2. Hạt Chùm ngây nghiền (A), Bột protein tách chiết từ hạt Chùm ngây (B)....... 26 Hình 3.1. Phổ hồng ngoại FT-IR của nanosilica tổng hợp từ vỏ trấu .............................. 29 Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ XRD của vật liệu nanosilica tổng hợp từ vỏ trấu ................. 30 Hình 3.3. Ảnh TEM của SiO2 ............................................................................................ 31 Hình 3.4. Đường hấp phụ đẳng nhiệt N2 của SiO2 ........................................................... 31 Hình 3.5. Thử bột protein với biure .................................................................................. 32 Hình 3.6. Phổ hồng ngoại FT-IR của protein hạt Chùm ngây ......................................... 33 Hình 3.7. Phổ UV-Vis của L-Trp ...................................................................................... 36 Hình 3.8. Phổ UV-Vis của protein Chùm ngây ................................................................. 36 Hình 3.9. Đường chuẩn xác định axit amin L-Trp ............................................................ 37 Hình 3.10. Đường chuẩn xác định protein hạt Chùm ngây .............................................. 38 Hình 3.11. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ (L)-Trp trên nanosilica .......................... 40 Hình 3.12. Ảnh hưởng của lực ion đến dung lượng hấp phụ L-Trp trên vật liệu nanosilica ........................................................................................................................................... 41 Hình 3.13. Ảnh hưởng của lượng vật liệu đến dung lượng hấp phụ L-Trp trên vật liệu nanosilica .......................................................................................................................... 43 Hình 3.14. Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ L-Trp trên SiO2 .............. 45 Hình 3.15. Động học hấp phụ của hấp phụ L-Trp lên nanosilica tính theo mô hình giả bậc một ..................................................................................................................................... 46 Hình 3.16. Động học hấp phụ của hấp phụ L-Trp lên nanosilica tính theo mô hình giả bậc hai ...................................................................................................................................... 46 Hình 3.17. Thế zeta của nanosilica trước và sau khi hấp phụ L-Trp ở pH 4 và pH 10 trong 1 mM KCl .......................................................................................................................... 47 Hình 3.18. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ protein trên SiO2 .................................... 49
Hình 3.19. Ảnh hưởng của nền muối KCl đến khả năng hấp phụ protein trên SiO2 ........ 50 Hình 3.20. Ảnh hưởng của lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ protein trên SiO2 ........ 52 Hình 3.21. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ protein trên SiO2 ................ 54 Hình 3.22. Thế zeta của nanosilica trước và sau khi hấp phụ protein ở pH 10 trong 1 mM KCl .................................................................................................................................... 55 Hình 3.23. Phổ FI-IR của vật liệu SiO2 hấp phụ protein .................................................. 56 Hình 3.24. Hấp phụ đẳng nhiệt của protein hấp phụ trên nanosilica ở các nồng độ muối nền KCl khác nhau ............................................................................................................ 58 Hình 3.25. Đường động học theo mô hình giả bậc 1 của quá trình hấp phụ protein trên nanosilica tại các nồng độ protein khác nhau .................................................................. 60 Hình 3.26. Đồ thị biểu diễn động học giả bậc 2 của protein hấp phụ lên nanosilica ...... 61
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Bảng so sánh hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học ............................................ 15 Bảng 3.1. Thành phần 18 axit amin trong bột protein tách chiết từ hạt Chùm ngây ....... 35 Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hấp phụ L-Trp trên nanosilica ....... 39 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lực ion đến hấp phụ L-Trp trên nanosilica. 41 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu đến hấp phụ L-Trp trên nanosilica ........................................................................................................................................... 43 Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hấp phụ L-Trp trên nanosilica ........................................................................................................................................... 44 Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hấp phụ protein trên nanosilica ...... 48 Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lực ion đến sự hấp phụ protein trên SiO2 .... 50 Bảng 3.8. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu đến sự hấp phụ protein trên nanosilica .......................................................................................................................... 51 Bảng 3.9. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến sự hấp phụ protein trên SiO2 . 53 Bảng 3.10. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của protein tới khả năng hấp phụ protein trên nanosilica ...................................................................................................... 57 Bảng 3.11. Các thông số sử dụng trong mô hình 2 bước hấp phụ.................................... 58 Bảng 3.12. Các thông số mô hình động học hấp phụ của protein trên nanosilica ........... 61
MỞ ĐẦU Sự phát triển khoa học kĩ thuật đã giúp cho đời sống của con người ngày càng được nâng cao. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển đó là tình trạng ô nhiễm môi trường, đặc biệt là môi trường nước. Đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu xử lý ô nhiễm nguồn nước bằng các phương pháp khác nhau như xúc tác quang hóa, hấp phụ, oxi hóa điện hóa, keo tụ và phương pháp xử lý sinh học. Trong đó, hấp phụ là một trong số những phương pháp có hiệu quả cao và phù hợp với các nước đang phát triển. Hiện nay, tại Việt Nam và nhiều quốc gia, các chất keo tụ nhân tạo như các loại muối nhôm và các loại polyme hữu cơ tổng hợp thường được sử dụng rộng rãi trong hấp phụ xử lý môi trường nước ô nhiễm [14]. Tuy nhiên, một số nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng khi sử dụng các hóa chất trên, bệnh Alzheimer ở người cao tuổi được xác nhận là có liên quan đến dư lượng nhôm trong nước sinh hoạt [8, 10], trong khi nhiều loại polyme tổng hợp có độc tính đã bị cấm sử dụng tại Nhật Bản và Thụy Sỹ [12]. Chùm ngây (Moringa oleifera) là một cây nhiệt đới thuộc họ Moringaceae xuất xứ từ vùng Nam Á. Hạt cây Chùm ngây chứa một lượng lớn protein có khối lượng phân tử là 6 – 13kDa. Protein được tách chiết từ cây Chùm ngây đã được nghiên cứu trong xử lý nước [37], xử lý các chất thải công nghiệp đạt hiệu quả cao [24]. Tương tác của protein Chùm ngây với một số chất hoạt động bề mặt cũng đã được nghiên cứu [22, 33, 51]. Với hiệu quả xử lý nước cao, protein được tách chiết từ hạt cây Chùm ngây là chất tự nhiên có nguồn gốc thực vật, thân thiện với môi trường cũng như an toàn với sức khỏe có thể là giải pháp dần thay thế hoặc thay thế một phần các chất keo tụ nhân tạo. Vỏ trấu là một nguồn phụ phẩm nông nghiệp rất sẵn có. Từ vỏ trấu có thể dễ dàng tổng hợp được vật liệu nanosilica (SiO2). Nanosilica đã được sử dụng trong xử lý nước và nước thải, trong đó có xử lý dư lượng kháng sinh. Tuy nhiên, nanosilica thường có bề mặt mang điện âm, tỉ trọng điện tích bề mặt nhỏ nên khả năng để xử lý các chất gây ô nhiễm không cao. Để nâng cao hiệu suất xử lý, một số nhà nghiên cứu đã đưa ra phương pháp biến tính bề mặt vật liệu nanosilica. Axit amin có tầm quan trọng lớn trong nhiều lĩnh vực, bao gồm sản xuất các hợp chất dược phẩm và hóa chất nông nghiệp và cảm biến y sinh [35, 50]. Nhiều nghiên cứu 1
đã được thực hiện để nghiên cứu sự hấp phụ của các axit amin trên các vật liệu khác nhau như khoáng chất [21, 55], zeolite [29, 49], than hoạt tính [50] và chất hấp phụ polymer [19]. Nghiên cứu về sự hấp phụ axit amin không chỉ có thể góp phần hiểu rõ hơn về sự hấp phụ protein trên các vật liệu mà còn cung cấp sự phân tách hoặc tinh chế axit amin. Với mục đích này, axit amin L-Tryptophane đã được lựa chọn để nghiên cứu hấp phụ trên vật liệu nanosilica tổng hợp. Các nghiên cứu về hấp phụ xử lý kháng sinh sử dụng vật liệu nanosilica biến tính bằng polyme mang điện đã được nghiên cứu một cách hệ thống tuy nhiên hấp phụ biến tính nanosilica bằng protein hay axit amin ứng dụng xử lý kháng sinh chưa được công bố trong nước và quốc tế. Một nghiên cứu hệ thống về hấp phụ protein tách chiết từ hạt Chùm ngây trên nanosilica có thể làm tiền đề để ứng dụng để xử lý dư lượng kháng sinh trong môi trường nước. Để phân tích đặc tính hấp phụ của protein và axit amin việc sử dụng các phương pháp phân tích là đặc biệt quan trọng. Các phương pháp quang phổ hiện đại phù hợp mục tiêu đánh giá đặc tính bề mặt của protein và axit amin trên vật liệu nanosilica. Trên cơ sở đó, đề tài trong nghiên cứu này tập trung: “Phân tích đặc tính protein và axit amin trên bề mặt vật liệu nanosilica bằng các phương pháp quang phổ hiện đại”. 2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu cây Chùm ngây 1.1.1. Đặc điểm thực vật và phân bố 1.1.1.1. Tên gọi Cây Chùm ngây có tên khoa học là Moringa oleifera Lam. hay M. Pterygosperma, thuộc họ Chùm ngây Moringaceae. Ngoài ra trong tiếng Anh, cây Chùm ngây còn có nhiều tên gọi khác như là cây thần diệu (Miracle tree), cây Kỳ Quan (Wonder tree), cây Vạn Năng (Multipurpose tree), cây Độ sinh (Tree of life, theo quan điểm nhà Phật), cây cải ngựa (Horseradish tree, do rễ non của cây có vị của cải ngựa, mù tạt), cây dùi trống (Drumstick tree, do thân/quả cây giống dùi trống), cây dầu bel (Bel-oil tree, do dầu ép từ hạt cây được bán với tên gọi bel-oil) [1]. 1.1.1.2. Đặc điểm thực vật Cây Chùm ngây thuộc loại cây tiểu mọc, sống ở môi trường khô ráo, không thích nghi với môi trường úng nước. Chùm ngây là cây thân gỗ nhỏ, cao 5 – 6 m có thể đến 10 m, phân cành nhiều. Lá kép 3 lần dạng lông chim, dài 30 – 60 cm. Hoa màu trắng kem, có cuống, mọc thành chùy ở nách lá, hình dạng giống hoa đậu, có lông, nhiều mật. Quả nang treo, dài 25 – 40 cm, ngang 2 – 3 cm, có 3 cạnh, chỗ có hạt hơi gồ lên, dọc theo quả có khía rãnh. Hạt màu đen, tròn, có 3 cạnh, lớn cỡ hạt đậu Hà Lan, có cánh mỏng bao quanh [2]. Hình 1.1. Các bộ phận của cây Chùm ngây 3
1.1.1.3. Phân bố sinh thái Cây Chùm ngây có nguồn gốc ở vùng sơn cước Hi Mã Lạp Sơn ở Tây Bắc Ấn Độ nhưng ngày nay được trồng rộng rãi ở Châu Phi, Trung Mỹ, Nam Mỹ và Đông Nam Á (Campuchia, Malaysia, Indonesia). Ở Việt Nam, Chùm ngây là loài duy nhất của chi Chùm ngây được phát hiện mọc hoang từ lâu đời tại nhiều nơi như Thanh Hóa, Hà Tĩnh, Ninh Thuận, Bình Thuận, vùng Bảy Núi ở An Giang, đảo Phú Quốc. Tuy vậy trước đây cây ít được biết đến, có nơi trồng chỉ để làm hàng rào. Chỉ trong vài chục năm trở lại đây khi hạt cây từ nước ngoài được mang về Việt Nam, được trồng có chủ định và qua nghiên cứu người ta thấy cây có nhiều tác dụng đặc biệt nên tưởng là cây mới du nhập. Với nhiều tác dụng đặc biệt nên hiện nay, ở Việt Nam, cây Chùm ngây đã được trồng rất nhiều với quy mô lớn. 1.1.2. Công dụng của cây Chùm ngây 1.1.2.1. Thành phần hóa học của cây Chùm ngây Lá Chùm ngây chứa các hợp chất loại flanonoids và phenolic như kaempferol 3-O- alpha-rhamnoside, kaempferol, syringic acid, gallic acid, rutin, quercetin 3-O-beta- glucoside. Ngoài ra, các flavonol glycosides được xác định đều thuộc nhóm kaempferide nối kết với các rhamnoside hay glucoside cũng được tìm thấy trong lá Chùm ngây. Rễ Chùm ngây chứa Glucosinolates như 4-(alpha-L-rhamnosyloxy)benzyl glucosinolate (khoảng 1%) sau khi chịu tác động của myrosinase, sẽ cho 4-(alpha-L- rhamnosyloxy) benzyl isothiocyanate. Glucotropaeolin (chừng 0.05%) sẽ cho benzylisothiocyanate. Hạt Chùm ngây chứa Glucosinolates (như trong rễ) có thể lên đến 9% sau khi hạt đã được khử chất béo. Các acid loại phenol carboxylic như 1-beta-D-glucosyl-2,6-dimethyl benzoate. Dầu béo (20-50%) trong hạt Chùm ngây chứa phần chính gồm các acid béo như oleic acid (60-70%), palmitic acid (3-12%), stearic acid (3-12%) và các acid béo khác như behenic acid, eicosanoic và lignoceric acid. Một vài số liệu so sánh chất dinh dưỡng ở lá Chùm ngây: - Vitamin C gấp 7 lần nhiều hơn trái Cam 4
- Vitamin A gấp 4 lần nhiều hơn Cà-rốt - Calcium gấp 4 lần nhiều hơn sữa - Chất sắt gấp 3 lần so với cải bó xôi - Chất đạm (protein) gấp 2 lần nhiều hơn sữa chua. 1.1.2.2. Công dụng Cây Chùm ngây là một loài thực vật được trồng và thu hoạch như một loại rau sạch và là cây thuốc có giá trị. Các bộ phận dùng làm rau gồm: - Đọt và lá non: Được dùng làm rau phổ biến ở Việt Nam, Cam-pu-chia, Phi-líp- pin, Nam Ấn Độ, Sri Lanka và Châu Phi. - Búp hoa: Được làm rau xào hoặc nấu như đậu Hà Lan. - Hoa: Có thể ăn được khi nấu chín và có mùi như nấm. - Quả và hạt non: Được gọi là "đùi", được dùng làm ra phổ biến ở Châu Á và Châu Phi. Trong vỏ hạt rất giàu vitamin C và vitamin B và các khoáng chất. Quả và hạt non ăn như Đậu Hà Lan. - Hoa, lá và cành non, trái non đều luộc ăn được, lại có kích thích tiêu hóa và có tính kháng sinh (nhờ chất lacton: ptyrigospermin). Theo Y học cổ truyền nước ngoài thì các bộ phận của cây như lá, rễ, hạt, vỏ cây, quả và hoa có những hoạt tính như kích thích hoạt động của tim và hệ tuần hoàn, hoạt tính chống u-bướu, hạ nhiệt, chống kinh phong, chống sưng viêm, trị ung loét, chống co giật, lợi tiểu, hạ huyết áp, hạ cholesterol, chống oxy-hóa, trị tiểu đường, bảo vệ gan, kháng sinh và chống nấm. Cây đã được dùng để trị nhiều bệnh trong Y học dân gian tại nhiều nước trong vùng Nam Á. Theo Y học cổ truyền Việt Nam thì cành lá cây Chùm ngây luộc ăn hay sắc uống kích thích tiêu hóa, kiện vị, trị tiêu chảy, kiết lỵ, viêm phổi. Rễ Chùm ngây sắc uống, có tác dụng kiện vị; giã đắp làm sung huyết (tụ máu) thay cải Mù tạc trị thấp khớp. Rễ cây Chùm ngây được cho là có tính kích thích, giúp lưu thông máu huyết, làm dễ tiêu hóa, tác 5
dụng trên hệ thần kinh, làm dịu đau. Hoa có tính kích dục. Hạt làm giảm đau. Nhựa (gomme) từ thân có tác dụng làm giảm đau. Nghiên cứu tại ĐH Baroda, Kalabhavan, Gujarat (Ấn Độ) về hoạt tính trên các thông số lipid của quả Chùm Ngây, thử trên thỏ, ghi nhận: Thỏ cho ăn Chùm ngây (200mg/kg mỗi ngày) hay uống lovastatin (6mg/kg/ ngày) trộn trong một hỗn hợp thực phẩm có tính cách tạo cholesterol cao, thử nghiệm kéo dài 120 ngày. Kết quả cho thấy Chùm ngây và Lovastatin có tác dụng gây hạ cholesterol, phospholipid, triglyceride, VLDL (Very Low Density Lipoprotein - Lipoprotein mật độ rất thấp), LDL (Low Density Lipoprotein - Lipoprotein mật độ thấp) hạ tỷ số cholesterol/ phospholipid trong máu so với thỏ trong nhóm đối chứng. Khi cho thỏ bình thường dùng Chùm ngây hay Lovastatin: mức HDL (High Density Lipoprotein) lại giảm hạ nhưng nếu thỏ bị cao cholesterol thì mức HDL lại gia tăng [9]. Bharali cùng cộng sự (2003) đã nghiên cứu dịch chiết hạt Chùm ngây cho thấy khả năng chuyển hóa enzyme chống ung thư gan, chống oxy hóa và chống ung thư da ở chuột [9]. Stussi và cộng sự (2002) đã nghiên cứu và đạt được kết quả là hạt Chùm ngây có chứa protein chuyên dụng cho da và tóc. Dầu của hạt còn được ứng dụng trong công nghiệp mỹ phẩm. Hạt Chùm ngây chứa các peptide có khả năng chống lại sự lão hóa. Dịch chiết từ hạt Chùm ngây còn có tác dụng tốt đối với tóc và được ứng dụng rộng rãi để sản xuất dầu gội đầu [9]. Ping – Hsien Chuang và cộng sự (2008) đã thử nghiệm hoạt tính kháng nấm trên dịch chiết EtOH và tinh dầu của lá và hạt Chùm ngây. Kết quả cho thấy chúng có hoạt tính diệt được nấm gây bệnh loại Trichophyton rubrum, Trichophyton mentagophytes, Epidermophyton floccosum và Microsporum canis [15]. 1.2. Các nghiên cứu về hạt Chùm ngây Hạt Chùm ngây tuy nhỏ bé, kích thước chỉ như hạt đậu phộng, nhưng có hàm lượng dưỡng chất rất lớn. Hạt cây Chùm ngây chứa một lượng lớn protein có khối lượng phân tử là 6 – 13kDa. 6
1.2.1. Các nghiên cứu trong nước Trong nước, một số nhóm nghiên cứu sử dụng hạt Chùm ngây thành vật liệu xử lý nước. Tác giả Võ Thị Hồng và cộng sự đã nghiên cứu đánh giá hiệu quả làm trong nước của hạt cây Chùm ngây bằng một loạt thực nghiệm thực hiện bằng bình chứa trên các mẫu nước đục nhân tạo và tự nhiên. Kết quả nghiên cứu cho thấy hạt cây Chùm ngây trồng và thu hái ở Việt Nam có khả năng làm giảm khoảng 80% độ đục của nước nhân tạo, ngay cả khi độ đục ban đầu chỉ là 50 NTU. Khi sử dụng hạt Chùm ngây để thực hiện quá trình keo tụ với nước sông, hiệu quả giảm độ đục đạt được khoảng 50% đối với nước có độ đục trung bình (44 NTU) nhưng lên tới 76% với nước có đục cao (170 NTU) [5]. 1.2.2. Các nghiên cứu ngoài nước Hạt Chùm ngây có tính chất keo tụ. Để nghiên cứu tính chất keo tụ của hạt Chùm ngây nhiều nhà khoa học đã sử dụng phương pháp phản xạ Neutron (Neutron Reflection). Phương pháp phản xạ neutron cho phép xác định cấu trúc và thành phần của các lớp giao thoa tại bề mặt phân cách pha rắn - lỏng. Các neutron bị phân tán bởi các hạt nhân và chỉ số khúc xạ neutron không chỉ phụ thuộc vào số lượng hạt nhân mà còn về cách chúng phân tán mạnh mẽ. Hơn nữa, vì tia X và neutron có bước sóng ngắn, nó có độ phân giải cỡ nanomet, khi chiếu vào không bị phá hủy và nó có thể được áp dụng cho các giao diện bị chôn vùi, những thứ không dễ tiếp cận với các kỹ thuật khác. Ngoài ra, nó cung cấp lợi thế mà sự thay thế đẳng hướng có thể được sử dụng để đạt được độ tương phản lớn trong mật độ chiều dài tán xạ. Phản xạ Neutron hiện đang được sử dụng cho các nghiên cứu hóa học bề mặt (chất hoạt động bề mặt, polyme, lipit, protein và hỗn hợp hấp phụ ở dạng lỏng / lỏng và giao diện rắn / lỏng), từ tính bề mặt (ultrathin Màng Fe, từ tính đa lớp, chất siêu dẫn) và phim rắn (phim Langmuir- Blodgett, phim rắn mỏng, đa lớp, màng polyme) [16]. Một số hạt vật liệu đã được sử dụng nghiên cứu keo tụ trong sự có mặt của protein Chùm ngây như các hạt vàng, silica và polystyren latex. Các hạt này đã được chứng minh có đường cong tán xạ tương đồng nhau. Habauka M. Kwaambwa và các cộng sự (2010) đã nghiên cứu sự hấp phụ của protein tách chiết từ hạt Chùm ngây trên silica để làm sáng tỏ cơ chế hoạt động của protein như một chất kết tụ. Nghiên cứu sử dụng phản xạ Neutron để xác định cấu trúc và thành 7
phần của các lớp hấp phụ trên bề mặt tiếp xúc protein/silica. Các lớp hấp phụ protein trên silica đã được xác định chứa khoảng 5,5 mg/m2 với nồng độ protein trên 0,025%. Các lớp protein hấp phụ đa lớp cho thấy tương tác giữa các phân tử protein khá mạnh. Sự hấp phụ mạnh của protein kết hợp với xu hướng liên kết của protein đặc tính như một chất keo tụ của protein trong hạt Chùm ngây [32]. Maja S. Hellsing cùng các cộng sự (2014) đã nghiên cứu về sự keo tụ của protein được tách chiết từ hạt Chùm ngây như là một chất kết dính hiệu quả cho các hạt phân tán trong nước, hấp dẫn như một sản phẩm tự nhiên và bền vững để sử dụng trong lọc nước. Nghiên cứu sử dụng phương pháp phản xạ Neutron với một mô hình hệ thống gồm các hạt polystyren latex và tán xạ neutron góc siêu nhỏ để xác định sự hấp phụ lên bề mặt của protein và hiện tượng keo tụ. Tán xạ neutron góc siêu nhỏ khai thác sự tương phản của các hạt polystyren latex phân tán trong D2O để làm nổi bật liên kết protein đã cho thấy lượng protein hấp phụ đạt khoảng 3 mg/m2 [20]. M. Pritchard và các cộng sự (2010) đã nghiên cứu so sánh hiệu suất xử lý nước của bột hạt Chùm ngây với muối nhôm Al2(SO4)3 và muối sắt Fe2(SO4)3. Một loạt các thử nghiệm bình chứa được thực hiện bằng cách sử dụng nước tự tạo, các nguồn nước thực khác nhau và nước chứa hỗn hợp của cả hai loại nước này. Kết quả cho thấy bột hạt Chùm ngây đã loại bỏ 84% độ đục và 88% E. coli, trong khi muối nhôm loại bỏ lớn hơn hơn 99% độ đục và E. coli. Bể chứa nước với lượng màu cao và số lượng E. coli là 104 cfu/100 ml và độ đục (160 NTU) được tạo ra một cách nhân tạo bởi cao lanh. Trong điều kiện nước này, bột hạt Chùm ngây đã loại bỏ được 83% màu sắc, 97% độ đục và giảm lượng E. Coli 66%. Các giá trị loại bỏ tương ứng đối với muối nhôm là 88% màu, 99% độ đục và 89% E. coli và đối với muối sắt là 93% màu, độ đục 98% và 86% E. coli. Mặc dù không hiệu quả bằng muối nhôm hoặc muối sắt, nhưng bột hạt Chùm ngây cho thấy khả năng xử lý nước đục khá tốt đủ để khuyến khích sử dụng nó ở các quốc gia đang phát triển [42]. Kowanga và nhóm nghiên cứu (2016) đã nghiên cứu về sự hấp phụ kim loại nặng bằng bột hạt Chùm ngây. Trong nghiên cứu này, bột hạt Chùm ngây đã được sử dụng như một chất hấp phụ tiềm năng để loại bỏ Cu (II) và Pb (II) khỏi dung dịch nước. Điều kiện hấp phụ tối ưu thu được bao gồm pH cho sự hấp phụ của Cu (II) là 6,5 trong khi đó Pb (II) là 5,5. Thời gian hấp phụ với Cu (II) là 30 phút và Pb (II) là 40 phút. Phân tích phổ hồng 8
ngoại FT-IR cho thấy sinh khối hạt Chùm ngây đã loại dầu có sự hiện diện của amino axit, carboxyl, các nhóm hydroxyl và carbonyl, các nhóm này chịu tạo với Cu (II) và Pb (II) từ đó có thể loại bỏ ra khỏi dung dịch nước [28]. Soumia Boulaadjoul và các cộng sự (2018) đã nghiên cứu bột hạt Chùm ngây hoạt tính như một chất keo tụ thân thiện với môi trường trong tăng cường xử lý nước thải nhà máy giấy. Hiệu suất của bột hạt Chùm ngây làm giảm độ đục và giảm chỉ số COD đã được nghiên cứu và so sánh với muối nhôm sunfat. Kết quả thu được cho thấy hiệu quả loại bỏ độ đục đạt 96,02% khi sử dụng 150 mg/L bột hạt Chùm ngây, trong khi tỉ lệ giảm độ đục tối đa là 99,53% thu được với lượng muối nhôm 300 mg/L. Ngoài ra, mức giảm COD tối đa là 97,28% và 93,31%. đã thu được khi sử dụng 150 mg/L của hạt Chùm ngây, và lượng muối nhôm 300 mg / L . Nghiên cứu đã chứng tỏ bột hạt Chùm ngây là một vật liệu thích hợp và thay thế chất keo tụ truyền thống trong xử lý nước hướng tới tiêu chí an toàn cho sức khỏe con người [13]. 1.3. Giới thiệu về axit amin L-Tryptophan Tryptophan là một axit amin thiết yếu được hình thành từ protein trong quá trình hoạt động của các enzyme thủy phân. Tryptophan chỉ được hấp thu thông qua thực phẩm trong khi cơ thể không thể tự tổng hợp được. Tryptophan rất cần thiết cho việc sản xuất vitamin B3, vitamin B6 biotin, vitamin C và kẽm để tạo thành các enzym cần thiết cho các phản ứng chuyển đổi trong cơ thể. Tryptophan tăng cường thư giãn và giấc ngủ, giúp làm dịu thần kinh và lo lắng và làm giảm cảm giác thèm ăn. Tryptophan giúp kiểm soát hoạt động thoái hóa ở trẻ em, làm giảm căng thẳng và tăng cường hormone tăng trưởng cần thiết để sản xuất vitamin B6. Tryptophan là một axit amin có ở hầu hết các loại thực phẩm socola, yến mạch, sữa, sữa chua, phô mai, trứng, cá, thịt gia cầm, thịt, vừng, đậu xanh, bánh hướng dương, hạt bí ngô, đậu phộng.. Tryptophan - axit amin chiral là một trong những phân tử sinh học quan trọng nhất bởi vì sự liên quan của chúng trong tự nhiên và sự phong phú hóa học của chúng. Các axit amin chiral có hai đồng phân quang học (không thay thế hình ảnh phản chiếu), được gọi là D / L (theo cấu hình), R / S (theo cấu hình) và ± (bằng hoạt động quang học). Trong tự nhiên, axit amin đa phần ở dạng L có vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp thực 9
phẩm và dược phẩm. Cấu trúc (L)-Tryptophan được mô tả ở hình 1.2. Hình 1.2. Cấu trúc (L)-Tryptophan 1.4. Giới thiệu vật liệu nanosilica Silica là tên thường gọi của silic đioxit (SiO2), có cấu trúc mạng lưới không gian đa chiều, mỗi nguyên tử silic nằm trong tâm tứ diện tạo bởi các đỉnh chứa nguyên tử oxi. Nếu các tứ diện này được sắp xếp đều đặn và có trật tự sẽ thu được silica tinh thể, ngoài ra còn có cấu trúc vô định hình. Phân tử này luôn luôn tồn tại ở phân tử lớn mà không ở dạng đơn lẻ. Cách ghép các tứ diện trong cấu trúc của SiO2 được mô tả ở hình 1.3. Hình 1.3. Cấu trúc ghép tứ diện SiO2 Trong điều kiện áp suất thường, silica tinh thể có 3 dạng thù hình chính (thạch anh, tridimit và cristobalit). Mỗi dạng thù hình lại có 2 đến 3 dạng thứ cấp: α và β. Ba dạng thù hình của silica có cách sắp xếp khác nhau tại các nhóm tứ diện SiO4 ở trong tinh thể. Ở thạch anh α, góc liên kết Si-O-Si bằng 1500, ở tridimit và cristobalit bằng 1800. Trong thạch anh, nhóm tứ diện SiO4 có nguyên tử Si nằm trên một đường xoắn ốc, tương ứng tại 2 dạng α và β. Để chuyển từ thạch anh sang cristobalit cần chuyển góc Si-O-Si thành 1800, để 10