BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------
VŨ NGỌC HOÀNG
NGHIÊN CỨU BÁN TỔNG HỢP
TETRAHYDROCURCUMIN (CURCUMIN TRẮNG) VÀ
KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG MỸ PHẨM VÀ THỰC
PHẨM CHỨC NĂNG
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Hà Nội – 2018
17083300331743d21c6ee-2b2f-472c-ae5c-ba099c2099c3
17083300331748410d1c7-d628-424a-8697-2b6203b4dc96
17083300331749dddcf13-06e5-4638-b253-5a355fb65c49
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------
VŨ NGỌC HOÀNG
NGHIÊN CỨU BÁN TỔNG HỢP
TETRAHYDROCURCUMIN (CURCUMIN TRẮNG) VÀ
KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG MỸ PHẨM VÀ THỰC
PHẨM CHỨC NĂNG
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. NGUYỄN THỊ MINH TÚ
2. TS. NGUYỄN MAI CƯƠNG
Hà Nội – 2018
[ ]
LỜI CAM ĐOAN
i s ng dn khoa hc ca PGS.TS Nguyn Th Minh Tú và TS.
Nguy. Các s liu và kt qu trong lu
c công b trong bt k tài liu nào.
n mi s trong q trình hồn thành lu
c c n trong lu
ngun gc.
Tơi xin hồn tồn chu trách nhim v nhng s liu trong lu
này.
Hà N
Hc viên
c Hoàng
i
[ ]
LỜI CẢM ƠN
Em xin c n Th Minh Tú và TS. Nguyn M
ng d em thc hin nghiê
Em xin chân thành cm y cô trong b môn Qun lý Cht
ng, Vin Công ngh Sinh hc và Công ngh Thc phm, trng i hc
Bách Khoa Hà Ni o, gi và to u kin cho em trong
thi gian hc tp và làm thí nghim. ng thi, em xin c các anh, ch,
các bn ng nghip và Vin Hóa hc Cơng nghip Vit Nam nhit tình
em hoàn thành lu
Xin gi li c
t qua m hoàn thành lu
Hà N
Hc viên
c Hoàng
ii
[ ]
MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT............................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ....................................................................................... ix
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................. 3
1.1. Giới thiệu chung về chi Nghệ Curcuma ............................................................ 3
1.2. Curcumin ............................................................................................................ 4
c tính lý hóa ca curcumin .................................................................... 4
1.2.2. Hot tính sinh hc ca curcumin ............................................................... 6
1.3. Dẫn xuất Tetrahydrocurcumin (THC) .............................................................. 9
1.3.1. c tính lý hóa ca THC ........................................................................... 9
1.3.2. Hot tính sinh hc ca THC....................................................................... 9
1.3.2.1. Tác dng chng ơxi hóa ........................................................................ 11
1.3.2.2. Tác dng kháng viêm ............................................................................ 15
1.3.2.3. Hot tính ch ....................................................................... 16
1.3.2.4. Các hot tính khác ................................................................................. 17
1.3.3. ng dng ca THC .................................................................................. 18
ng pháp bán tng hp THC ...................................................... 18
1.3.5. Tình hình xut - nhp khu THC ............................................................. 20
CHƢƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................... 21
2.1. Vật liệu nghiên cứu .......................................................................................... 21
2.1.1. Nguyên liu .............................................................................................. 21
2.1.2. Hóa cht và thit b nghiên cu ............................................................... 21
2.1.2.1. Hóa cht nghiên cu ............................................................................. 21
iii
[ ]
2.1.2.2. Thit b nghiên cu ............................................................................... 21
2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 22
u ng ca các thông s cô
curcuminoid t ng 95% lên 98% .......................................................... 22
2.2.1.1. Thit k thí nghim: Quy trình tinh ch curcuminoid t ng 95%
lên 98% .............................................................................................................. 22
2.2.1.2. ng cn hiu sut phn ng ..........................
2.2.1.3. ng ca nhi kt tinh n hiu sut phn ng .................... 2
2.2.1.4. ng ca thi gian kn hiu sut phn ng ...............
u ng ca các thơng s cơ
trình bán tng hp THC ng 90%) .................................................... 23
2.2.2.1. Thit k thí nghim: Quy trình bán tng hp THC ng 90%)
............................................................................................................................ 23
2.2.2.2. Nghiên cu la chn xúc tác phn ng phù hp cho quy trình bán tng
hp THC............................................................................................................. 25
2.2.2.3. Kho sát la chn dung môi tn ng ................................ 25
2.2.2.4. Nghiên cu ng ca áp sun hiu sut phn ng ................. 25
2.2.2.5. Nghiên cu ng ca thn hiu sut phn ng ..........
2.2.2.6. Nghiên cu ng ca nhi phn n hiu sut thu
THC .................................................................................................................... 26
2.2.2.7. Nghiên cu ng ca t l xúc tác/nguyên lin hiu sut th
nhn THC ........................................................................................................... 26
2.2.2.8. Nghiên ci và tái s dng xúc tác ..................
2.2.2.9. Nghiên cu kin kt tinh THC thơ ......................................... 27
2.2.3. Quy trình tinh ch ng trên 98
...............................................................
m chy.....................................................
iv
[ ]
háp sc ký lp mng: ............................................................
................................
u sut thu hi sn phm .......................
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 29
3.1. Xây dựng quy trình tinh chế curcuminoid hàm lượng 95% lên 98% ............ 29
3.1.1. ng ca h dung môi k n hiu su
curcuminoid ....................................................................................................... 29
3.1.2. ng ca nhi và thn hiu sut kt tinh ..........
3.2. Xây dựng quy trình bán tổng hợp THC 90%..........................................35
3.2.1. La chn xúc tác phn ng phù hp cho quy trình bán tng hp ........... 35
3.2.2. La chn dung môi tn ng ................................................. 37
3.2.3. ng ca áp sun hiu sut phn ng ...................................... 38
3.2.4. ng ca thn hiu sut phn ng .................................
3.2.5. ng ca nhi phn n hiu sut thu nhn THC ..........
3.2.6. ng ca n n hiu sut thu nhn THC ........
3.2.7. Thu hi và tái s dng xúc tác ................................................................. 42
u kin kt tinh THC thô ............................................................... 4
3.2.9. Xây dng quy trình thu nhn THC thơ t ............... 4
3.3. Quy trình làm sạch THC thơ sau kết tinh ....................................................... 47
3.3.1. nh hng ca lng than hot tn hng THC kt tinh ........ 4
nh cu trúc ca sn phm THC kt tinh ........................................
3.4. Đánh giá chất lượng sản phẩm và khả năng ứng dụng trong mỹ phẩm và
thực phẩm chức năng
51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 54
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 58
v
[ ]
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DAC: diacetyl curcumin
DHC: dihydrocurcumin
HHC: hexahydrocurcumin
HPLC: Sc ký hi
NaC: natri curcuminat
OHC: octahydrocurcumin
TEC: triethyl curcumin
THC: Tetrahydrocurcumin
TLC: Sc ký bn mng
vi
[ ]
DANH MỤC BẢNG
Trang
Bng 1.1. Giá tr IC
50 ca curcumin và các d n xut
14
Bng 2.1. Danh mc các hóa ch dng trong nghiên cu
21
Bng 3.1. ng cn hiu sut kt tinh ln 29
tinh ln 2 và hiu sut kt tinh tng
Bng 3.2. ng cn hiu sut kt tinh l 31
tinh ln 2 và hiu sut kt tinh tng
Bng 3.3. ng ca % ethyl axetat trong n-n hiu 33
ln 1, hiu sut kt tinh ln 2 và hiu sut kt tinh tng
Bng 3.4. ng ca nhi ti hiu sut kt tinh ln 1, hi 34
ln 2 và hiu sut kt tinh tng
Bng 3.5. ng ca thi gian ti hiu sut kt tinh 1, hiu su34
ln 2 và hiu sut kt tinh tng
Bng 3.6. ng ca xúc tác ti hiu sut thu nhn sn phm
36
Bng 3.7: Tính chn ca Ni-Raney sau khi hot hóa
36
Bng 3.8. ng cn hiu sut thu nhn s37
Bng 3.9. ng ca áp sut ti hiu sut thu nhn sn phm
38
Bng 3.10. ng ca nhi n hiu sut thu nhn sn ph40
Bng 3.11. ng ca t l xúc tác/nguyên li n hiu su 42
THC
Bng 3.12. ng ca s ln tái s d n 43
sn phm
Bng 3.13. ng cn hiu sut kt tinh
43
Bng 3.14. ng ca nhi n hiu sut kt tinh
44
Bng 3.15. ng cng than hon quá trìn 48
vii
[ ]
PHỤ LỤC
Ph lc 1: S HPLC
58
59
Ph lc 3: LC&MS demethoxycurcumin
61
Ph lc 4: LC&MS bisdemethoxycurcumin
63
c 5: 1H-
65
. 13C-
67
. ESI-
69
THC
71
viii
[ ]
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Trang
Hình 1.1. Mt s cht có hot tính sinh h c phân lp t 4
Curcuma
8
Hình 1.2. Các sn phm hydro hóa ca curcumin
9
Hình 1.3. Tetrahyrocurcumin dng bt
o
bn c
C 10
Hình 1.5. S chuyi cht ca curcumin trong huy10
Hình 1.6. ng ci vi các b11
12
Hình 1.7. Cu trúc ca THC
Hình 1.8. Hot tính chng oxi hóa ca curcuminoid và tetrahydrocurcuminoid13
trong các mơ hình phịng thí nghim
Hình 1.9. Kh c ch ca THC 15
Hình 1.10. Tình hình nhp khu THC ca mt s c trên th gi 20
qua (2013-2016)
22
Hình 2.1: Thit b phn ng cao áp Parr Inst. (M)
Hình 2.2: Quy trình tinh ch ng t 95% lên 922
Hình 2.3. Xây dng quy trình bán tng hp THC ng 90%)
24
Hình 3.1: TLC ca sn phm kt tinh li trong MeOH
30
Hình 3.2: TLC ca sn phm kt tinh li trong MeOH 80%
31
Hình 3.3: TLC ca sn phm kt tinh li trong axetone 80%
32
Hình 3.4: TLC ca sn phm kt tinh li trong ethyl acetate/n-hexane:7/3
33
Hình 3.5: S HPLC
41
Hình 3.6: Hình nh SEM ca xúc tác Ni-c và sau khi hot hó 43
37
Hình 3.7. TLC ca hn hp phn ng trong các dung mơi khác nhau
38
Hì h 3 8 TLC h h h ti á
t 3 5 5 b
Hình 3.9: ng ca thn phn ng to sn phm 39
Hình 3.10. TLC ca hn hp phn ng toiC70
40
Hình 3.11. TLC ca hn hp phn ng toiC50và 90 oC
41
Hình 3.12: ng cn hiu sut kt tinh
44
Hình 3.13. TLC ca sn phm sau kt tinh
45
quy trình cơng ngh bán tng hp THC
47
ix
[ ]
Hình 3.15. TLC ca hn hp phn ng tu kin t
47
Hình 3.16. TLC ca sn phm sau ty màu các t l than hot tính khác nh 48
49
Hình 3.17. Sn phn làm sch
Hình 3.18. TLC cc khi chy sc ký51
Hình 3.19. Enol:5-hydroxy-1,7-bis-(4-hydroxy-3-methoxy-phenyl)-heptan-3-one 52
x
[ ]
MỞ ĐẦU
T ngh c s dng ph bin mt s
mt th gia v o mùi v và màu sc hp
phm. Không nhng th, ngh c bit loi thu
mn nht, làm lin so, làm lành vc bi c
n d dày. Ngày nay, cùng vi s tin b ca khoa hc k thu
n ra nhóm nht màu curcuminoid tuy ch chim t l nh
nhóm hot cht chính to nên các tác dng sinh hc quan trng ca c ngh. Trong
nhnng quay tr v s dng các s
nhiên, vic phát trin nhng hot cht có ngun gc thc ngày càng tr thành
mi quan tâm ln. c c
ca cây Ngh vàng Curcuma longa u s quan tâm ca các nhà kh
hc bi các tác dng sinh hc quan trng. Curcumin là thành phn chính c tìm thy
trong thân cây ngh vàng, ngồi ra cịn có demethoxycurcumin, bisdemethoxycurcumin.
c nghiên cu và chng minh có tác dng sinh hng
kháng khun, kháng virus, kháng viên, ch
Mc dù, curcumin có nhiu tác dng quan trng, tuy nhiên lm
nh kém, b chuyn hóa nhanh chóng khi s
ng ung; do dng ca curcumin thp. Mt khác, curcumin li
màu vàng và khó ra sch nên nhu cu s dng curcumin b hn chc bit, trong
m phm. Vi nhng hn ch ca curcumin thì vic s dng curcumin trong các
ch phm dùng ngồi da và m phm dc thay th bng tetrahydrocurcumin
(THC), mt cht bán tng hp t curcumin. THC là hot cht có ti ng
dng ln trong bào ch m phm bi tác dng kháng viêm, chng ơxi hóa mnh và
tính cht không màu ca nguyên liu. ng thi, THC c coi là cht chuyn hóa
cui cùng c u s dng THC
khc ph m sinh kh dng kém ca curcumin. Chính vì hiu
u tr, giá tr kinh t nc bào ch thích hp và xut phát t nhu cu cho s
phc th ng quan tâm, THC c rt nhiu các nhà khoa h
th gii quan tâm nghiên cu nhiu và hin có mt vài nghiên cu phát trin quy
trình bán tng hp THC phc v cho quy mô sn xut THC
1
[ ]
nhóm nghiên cu ca Trn Khi hc Bách khoa Hà Ni, bán tng h
s dng xúc tác Zn-NiCl2 kt hp sóng siêu âm. Tuy nhiên, kt qu mi ch dng
nghiên cm, hiu sut không
dng trong sn xut. hóm nghiên cu bán tng hp các hot cht có ho
tính sinh hc ca Vin Hóa hc Cơng nghip Vi n hành nghiên c
tng hp THC tài cp b ca B c nghi
2013. Xut phát t nhng lý do trên, em tin hành thc hi tài Nghiên cứu
bán tổng hợp tetrahydrocurcumin (curcumin trắng) và khả năng ứng dụng
trong mỹ phẩm và thực phẩm chức năng
Mục đích của đề tài:
Xây dng quy trình bán tng hp THC
Nội dung nghiên cứu:
- Nội dung 1: Xây dng quy trình tinh ch cur ng 95% lên
98%
- Nội dung 2: ng hp THC 90%
- Nội dung 3: Xây dng quy trình tinh ch THC 98%
- Nội dung 4: ng sn phm và kh ng dng
phm và Thc phm ch
2
[ ]
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Giới thiệu chung về chi Nghệ Curcuma
T th cây h Gng (Zingiberaceae c s dng làm
trong thc phm và làm thuc trong Y hc c truyn , Trung Quc, Vit Nam
t s loài thuc chi Ngh (Curcuma C. longa (Ngh
C. aromatica (Ngh di) và C. xanthorrhiza (Ngh Java). thuc
- Rhizoma curcuma longae - chính là thân r ca ngh vàn
c thái lát, hp trong 6 - 12 gi c r
ng, tính bình, có tác dng hành khí, hot huyt, làm tan
ng và gia viêm loét d dày, tá tràng, viêm gan, vàng da, kinh nguyt
u. Bt ngh c cha thp khp, tay,
mn nht, gh, t
mt ong hp vào n sáng, 10 gi ti h
t cha viêm loét d dày, giúp thông , hành huy ng
tháng s thy hiu qu. Ngh c lc ung có th ch
u [3].
Mt s chc phân lp t các loài Curcuma là các cht có hot cht sinh
hc q (Hình 1.1). Ví d, curcumol (1), mt sesquiterpene tách ra t C.
aromatica, th hin hot tính cao u tr t cung [20
nhiên, phn lc tính có kh bnh ca các loài Curcuma nm
curcuminoid, là các polyphenol và là cht to màu vàng cho c ngh. Cht màu
curcuminoid chim 0,3%, là tinh th
u, ete, cloroform, dung dch có hunh quang màu xanh lc. Màu sc ca
curcuminoid bi
máu ri ng tím. Hin nay,
hc và tính cht hóa hc ca các curcuminoid [8, 10, 30].
Các hp cht curcuminoid trong C. longa và các loài Curcuma khác ch yu
là curcumin (2), demethoxycurcumin (DMC) (3) và bisdemethoxycurcumin
(BDMC) (4). Trong s c nghiên cu nhiu nht và th hin
lot các tác dng sinh h ng viêm, chng oxi hóa, chng HIV, phòng
3
[ ]
chn tin li
H
O
O
O
MeO
OH
OH
HO
Curcumin (2)
Curcumol (1)
O
OMe
O
O
O
MeO
HO
OH
OH
HO
Bisdemethoxycurcumin (4)
Demethoxycurcumin (3)
Hình 1.1. Một số chất có hoạt tính sinh học q đƣợc
phân lập từ các lồi Curcuma
1.2. Curcumin
Curcumin là thành chính Curcuminoid trong Curcuma
longa Linn.
1.2.1. Đặc tính lý hóa của curcumin
MeO
HO
3"
2"
O
1
1"
2
4"
O
7
5
3
4
1'
2'
6
5'
5"
OMe
4'
6'
6"
3'
OH
Công thc phân t: C21 H20 O6
Khi lng phân t: 368 dvC
Danhpháp: 1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadiene-3,5-dione
Nhit nóng chy: 183°C
Màu sc: V
Tính tan: Tan trong axeton, metanol, etanol, etylaxetat, tan trong dung dch
ki c pH
i ta phi s dng các cht ho ng b m
sulfat, gelatin, polysacharid, polyetylenglycol, cyclodextran. Trong dung dch,
4
[ ]
curcumin tn ti trng thái cân bng gia dng keto và dng enol. Cu trúc dng
enol mng pha rn và dng dung dch [14].
O
O
O
OH
R1
R2
R1
R2
HO
OH
HO
OH
Keto
Enol
Bng cách hòa tan curcumin trong các dung dm phosphate pH t 111 và phân tích trên thit b HPLC, Tonnesen và các cng s
c các dng tn ti ca curcumin trong dung dch và góp phn gi
solvat hóa curcumin các pH khác nhau [46].
+ pH < 1: Curcumin tn ti dng4 A
H+, dung d:
OH OH
R1
R2
HO
OH
+
+ pH t 1-7: Curcumin bn dng trung tính3A
H có màu vàng cam trong
dung dch:
O
OH
R1
R2
HO
OH
+ pH > 7,5: Dung dch li chuy tía, curcumin lúc này khơng bn
vng và chuyn thành các dng 2H
A- ( pH 7,8), HA2- (pH 8,5) và A3- (pH 9).
pH 7,8: H2A- có dng:
O-
O
R1
R2
HO
OH
pH 8,5: HA2- có dng:
O-
O
R1
R2
HO
O-
pH 9: A 3- có dng:
O-
O
R1
R2
-O
O
5
[ ]
Các hp chi bn
trong dung dc có pH > 8,5, ch sau khong 30 gi curcumin b thy phân
thành axit ferulic và feruloylmetan hp cht s b thy phân tip tc thành vanilin
[50].
1.2.2. Hoạt tính sinh học của curcumin
Nhiu cơng trình nghiên cu th nghim c trên th gi
nh t lâu rng hot cht curcumin có tác dng c ch t
mnh. Các khi u da, tuyn vú, khoang ming, thc qun, d dày, rui tràng,
ph dp tt bi curcumin [8, 10]
trin ng dng curcumin làm thuc ch Vin nghiên cu Quc gia M
c hin mt s thng kê so sánh kh nhim b
vong ca các nhóm c phát trin xã h
(không s dng curcumin) và (có s dng curcumin)[5]. Các kt qu thng
kê trên cho thy vic s dt loi thc phm ch
s dng h tr u tr m rt nhiu t l mc phi vì c
c bit, các nghiên c ng t curcumin không
thui vi tim, phi và thn [30] mà còn c ch
trin ca t
Ngày nay vi s phát trin mnh m ca các hp chc
các ngành sinh hc phân t, hot tính c c làm sáng t bi
nghiên cu v tác dng ca các hp chi v
i vi các tác nhân min dch và các tác nhân gây b sinh vt
ng oxi hóa c sinh vt da vào tác d
enzym peroxy hóa lipit và các enzym thuc nhóm HIF, ho ng ca các enzym
này gây cn tr s vn chuyn oxy huyt [8, 10]. Ngoài ra curcumin cịn có kh
t tính cu k
oxy ca hng cu.
Tuy nhiên, do cu trúc ni ti ca phân t curcumin và do kh
c, curcumin ch c hp th mt cách hn ch
Hot lc phòng và tr bnh ca curcumin, vì vc phát huy mt cách t
t.
6
[ ]
Nhiu nghiên cu g y các dn xut và nhng hn hp
phm ca curcumin hoc th hin ho
dn xut Hydrazinocurcumin là nhng hp cht có ti
tr các bnh v tê lit và thối hóa h thn kinh: Parkinson, Alzeheimer, Huntington)
[4] hong kh p th b khung c
nh c ci thin rõ rt (mt s dn xut curcumi
p cht g
ch phm hn hp Curcumin- hp th curcumin lên hà
ln)[43].
Vit Nam, ng dng kh bnh ca curcumin mi ch
mc hoc s dng trc tip hn hp nói trên hoc b sung nó vào mt s loi thc
phm chi mng s kháng c
dày, ch mi g
t ch phm kt hp Curcumin- Piperin) ca các nhà
hc c bit ti, ng dng ca curcumin ti Vi c nâng lê
mi sn ph y là s k
thành tu khoa hc th gii và tinh hoa ca thc Vi
c kt hp vc liu quý khác (Cao Dip H Châu, r cây Hoàng
c li T i mt sn phm h tr u t
din mt gii pháp mi hu hiu trong h tr u tr viêm gan siêu vi B [43].
Bên c các dn xut hydro hóa ca curcumin (Hình 1.2) bao gm
dihydrocurcumin (DHC), hexahydrocurcumin (HHC), octahydrocurcumin (OHC)
c bit là THC thu hút rt nhiu s chú ý ca các nhà khoa hc bi nhng
hot tính sinh hc mt nhiu.
7
[
O
O
OMe
MeO
HO
Curcumin
H2
O
O
OMe
HO
H2
OH
H2
H2
O
MeO
OH
O
O
MeO
OMe
HO
OH
Dihydrocurcumin
Tetrahydrocurcumin
(DHC)
(THC)
H2
(H
H2
OH OH
OMe
MeO
OH
HO
Octahydrocurcumin
(OHC)
Hình 1.2. Các sản phẩm hydro hóa của curcumin
8
HO
Hexahyd
H2
H2
MeO