Nghiên cứu sử dụng nhựa trao đổi ion để phân lập acid shikimic từ đại hồi

BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI



NGUYỄN THỊ KHUYÊN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NHỰA TRAO
ĐỔI ION ĐỂ PHÂN LẬP ACID
SHIKIMIC TỪ ĐẠI HỒI

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ



HÀ NỘI – 2015



BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ KHUYÊN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NHỰA TRAO
ĐỔI ION ĐỂ PHÂN LẬP ACID
SHIKIMIC TỪ ĐẠI HỒI

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ

Ngƣời hƣớng dẫn:

1. TS. Nguyễn Văn Hân
2. DS. Đỗ Thị Loan
Nơi thực hiện:
Bộ môn Công nghiệp dược


HÀ NỘI – 2015
LỜI CẢM ƠN !

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, trƣớc tiên, em xin gửi lời cảm ơn
chân thành tới thầy giáo TS. Nguyễn Văn Hân, DS. Đỗ Thị Loanngƣời đã trực
tiếp hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình và giúp đỡ em hoàn thành khóa luận này.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Đình Luyện vàtoàn
thể các thầy cô giáo, các anh chị kĩ thuật viên Bộ môn Công nghiệp Dƣợc đã tạo
điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em hoàn thành khóa luận đúng thời hạn.
Và em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trƣờng Đại học Dƣợc
Hà Nội, những ngƣời đã dạy dỗ và chỉ bảo em tận tình trong suốt những tháng năm
học tập tại trƣờng.
Cuối cùng, với lòng biết ơn vô hạn, em xin phép đƣợc gửi lời cảm ơn tới
gia đình, ngƣời thân, bạn bè đã động viên và hỗ trợ em trong suốt thời gian qua.
Do thời gian có hạn và trình độ bản thân còn hạn chế nên khóa luận không
thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận đƣợc sự chỉ bảo tận tình
của các thầy cô và sự góp ý chân thành của bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn!


Hà Nội, tháng 04 năm 2015

Sinh viên:

Nguyễn Thị Khuyên


MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN 2
1.1. Tổng quan về cây hồi 2
1.1.1. Vị trí phân loại và phân bố 2
1.1.2. Đặc điểm thực vật 2
1.1.3. Bộ phận dùng, thu hái và chế biến 3
1.1.4. Thành phần hóa học và công dụng 3
1.2. Tổng quan về acid shikimic 4
1.2.1. Công thức hóa học và tính chất 4
1.2.2. Nguồn gốc acid shikimic 4
1.2.3. Vai trò acid shikimic 5
1.2.4. Một số nghiên cứu chiết xuất và phân lập acid shikimic từ đại hồi 6
1.2.5. Nhận xét 7
1.3. Tổng quan về nhựa trao đổi ion 8
1.3.1. Phƣơng pháp trao đổi ion 8
1.3.2. Nhựa trao đổi ion 9
Chƣơng 2. NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG
PHÁPNGHIÊN CỨU. 15
2.1. Nguyên liệu, thiết bị 15
2.1.1. Nguyên liệu 15
2.1.2. Nhựa anionit 15
2.1.3. Hóa chất, thiết bị, dụng cụ 16
2.2. Nội dung nghiên cứu 17
2.2.1. Khảo sát một số yếu tố ảnh hƣởng đến dung lƣợng hấp phụ acid shikimic
của nhựa anionit 17

2.2.2. Lựa chọn dung dịch phản hấp phụ acid shikimic từ nhựa anionit. 17
2.2.3. Ứng dụng nhựa anionit để phân lập acid shikimic từ dịch chiết dƣợc liệu
17
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 18
2.3.1. Phƣơng pháp định lƣợng acid shikimic 18
2.3.2. Phƣơng pháp xác định dung lƣợng hấp phụ acid shikimic của anionit 19
2.3.3. Phƣơng pháp xác định mức độ phản hấp phụ acid shikimic của nhựa
anionit 20
2.3.4. Phƣơng pháp phân lập acid shikimic trong dịch chiết dƣợc liệu bằng
nhựa anionit 21
Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 22
3.1. Khảo sát thời gian hấp phụ acid shikimic của các loại nhựa anionit 22
3.2. Khảo sát sự ảnh hƣởng của nhiệt độ tới dung lƣợng hấp phụ acid shikimic
của nhựa anionit 23
3.3. Khảo sát khả năng phản hấp phụ của mỗi loại nhựa khi sử dụng một số dung
dịch phản hấp phụ 25
3.3.1. Bƣớc đầu khảo sát khả năng phản hấp phụ của các tác nhân 25
3.3.2. Khả năng phản hấp phụ của dung dịch NaCl ở các nồng độ khác nhau 25
3.4. Khảo sát khả năng phân lập acid shikimic trong dịch chiết dƣợc liệu của nhựa
Diaion SA12A 28
3.4.1. Xác định hàm lƣợng acid shikimic trong đại hồi 28
3.4.2. Phân lập acid shikimic từ dịch chiết dƣợc liệu bằng nhựa Diaion SA12A
30
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 34

DANH MỤC CÁC BẢNG

Tên bảng
Trang
Bảng 1.1
Cấu trúc của chất trao đổi ion
8
Bảng 2.1
Các loại anionit sử dụng

15
Bảng 2.2
Hóa chất
16
Bảng 3.1
Khối lượng acid shikimic (mg) được hấp phụ bởi các
anionit ở các thời điểm khác nhau (mg/g)
22
Bảng 3.2
Khối lượng acid shikimic được hấp phụ bởi các anionit
ở mỗi nhiệt độ khác nhau (mg/g)
26
Bảng 3.3
Khối lượng acid shikimic phản hấp phụ khỏi nhựa mỗi
loại khi sử dụng dung dịch NaCl ở các nồng độ khác

nhau (mg/g)
27
Bảng 3.4
Khối lượng acid shikimic phản hấp phụ khỏi mỗi loại
nhựa khi sử dụng dịch HCl ở một số nồng độ (mg/g)
28
Bảng 3.5
Khối lượng acid shikimic phản hấp phụ khỏi mỗi loại
nhựa anionit khi sử dụng dung dịch CH
3
COOH ở một
số nồng độ
29
Bảng 3.6
Kết quả từng giai đoạn của quá trình phân lập acid
shikimic bằng nhựa Diaion SA12A từ dịch chiết dược
liệu.

33
Bảng 3.7
So sánh sự khác nhau khi dùng dung dịch acid shikimic
tinh khiết và dịch chiết dược liệu.
33
DANH MỤC CÁC HÌNH

Tên hình
Trang
Hình 1.1

Công thức cấu tạo acid shikimic

4
Hình 2.1
Nguyên liệu đại hồi
15
Hình 3.1
Đồ thị biểu diễn khối lượng acid shikimic
được hấp phụ bởi các anionit ở các thời điểm
khác nhau

23
Hình 3.2
Khối lượng acid shikimic phản hấp phụ khỏi
mỗi loại nhựa anionit khi sử dụng dung dịch
NaCl ở các nồng độ khác nhau.

27
Hình 3.3
Sắc ký đồ của mẫu dược liệu

29
Hình 3.4
Sắc ký đồ của acid shikimic chuẩn

29
Hình 3.5
Sơ đồ tóm tắt quy trình phân lập acid shikimic
từ dịch chiết dược liệu bằng nhựa Diaion
SA12A

32

1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Acid shikimic là một chất quan trọng có trong nhiều loài thực vật và vi sinh
vật. Nó là chất trung gian trong quá trình tổng hợp các acid amin thơm, alkaloid….
Gần đây, acid shikimic còn đƣợc dùng làm nguyên liệu để điều chế oseltamivir
phosphate (oseltamivir phosphate là hoạt chất trong chế phẩm Tamiflu của Roche
có tác dụng chống cúm).Mặc dù dịch cúm đã chấm dứt nhƣng luôn có nguy cơ bùng
phát, nhu cầu thuốc chống cúm vẫn rất bức thiết. Vì vậy rất cần các nghiên cứu tìm
kiếm nguồn nguyên liệu và phƣơng pháp hiệu quả nhằm thu đƣợc acid shikimic với
hiệu suất cao.
Đại hồi là nguồn nguyên liệu quan trọng để chiết xuất acid shikimic.Hàm
lƣợng acid shikimictrong đại hồi có thể từ 5-10%, nên đại hồi là nguyên liệu chính
để sản xuất oseltamivir. Ngoài đại hồi, acid Gần shikimic đƣợc tìm thấy trong một
số loài khác nhƣ: cây bạch quả (Ginkgo biloba), quả sau sau (chi Liquidambar),
bạch đàn (chi Eucalyptus)… hoặc đƣợc sinh tổng hợp nhờ vi khuẩn Escherichia coli
hay tổng hợp hóa học theo nhiều con đƣờng khác nhau. Tuy nhiên các phƣơng pháp
này thƣờng phức tạp, hiệu suất thấp vì vậy chƣa đƣa vào sản xuất quy mô công
nghiệp.Ở nƣớc ta, đại hồi cũng là nguồn dƣợc liệu lớn, tiềm năng.
Đã có nhiều nghiên cứu chiết xuất và phân lập acid shikimic trong đại hồi,
song các dung môi đƣợc sử dụng đều là các dung môi hữu cơ, gây độc hại cho môi
trƣờng và ngƣời nghiên cứu. Trong khi đó acid shikimic lại tan rất tốt trong nƣớc và
có thể phân lập bằng nhựa trao đổi ion nên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:
―Nghiên cứu sử dụng nhựa trao đổi ion để phân lập acid shikimic từ đại hồi‖
với những mục tiêu sau:
1. Khảo sát đƣợc một số yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình hấp phụ và phản hấp phụ acid
shikimic của nhựa trao đổi ion.
2. Bƣớc đầu ứng dụng đƣợc nhựa anionit để phân lập acid shikimic từ dịch chiết dƣợc
liệu.

2

Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về cây hồi
1.1.1. Vị trí phân loại và phân bố
Theo hệ thống phân loại thực vật của Takhtajan, cây hồi (Illicium verum Hook. f.),
Họ: Illiciaceae.
Chi hồi (Illicium) có khoảng trên 40 loài, phân bố chủ yếu ở Đông Nam Á,
Đông Á và Bắc Mỹ. Ở Việt Nam chi hồi có 16 loài [8]. Cây hồi (Illicium verum
Hook. f.) là một loại cây xanh quanh năm, phần lớn ở Trung Quốc và đông bắc Việt
Nam. Nó còn có tên gọi khác là cây đại hồi, bát giác hồi hƣơng, hồi hƣơng, hồi sao,
mác chác, mác hồi (Tày), pít cóc (Dao)… [2].
1.1.2. Đặc điểm thực vật
Cây gỗ nhỏ, cao 6-8m, có thể đến 10m hay hơn. Cành thẳng, nhẵn, lúc non màu lục
nhạt, sau chuyển sang màu nâu xám. Lá mọc so le, nhƣng thƣờng tụ tập ở những
mấu trông nhƣ mọc vòng, hình mác hoặc hình trứng thuôn, dài 8-12cm, rộng 3-
4cm, đầu nhọn, mặt trên màu lục sẫm, mặt dƣới rất nhạt, gân mờ, cuống lá ngắn [1],
[2], [3].
Hoa mọc riêng lẻ hoặc 2-3 cái ở kẽ lá; đài 5 răng, dễ rụng, mép viền hồng, cánh hoa
5-6, đều nhau, màu hồng sẫm dần về phía giữa; nhị thụt, nhẵn, chỉ nhị rộng, mập,
trung đới dày [1], [2].
Quả thƣờng cấu tạo bởi 8 đại đều và rời nhau, có khi 9-12 đại (nhƣng hiếm), các đại
hình thoi xếp tỏa tròn thành hình sao hay hình nan hoa, khi non màu lục sau chuyển
sang màu nâu sẫm, phần đính vào cuống rộng bản và dẹt, đầu có mũi nhọn, ngắn,
thẳng, khi chín nứt ở mặt trên; hạt hình trứng nhẵn bóng, màu nâu.Toàn cây, nhất là
quả có mùi thơm [1], [2].

3

1.1.3. Bộ phận dùng, thu hái và chế biến

1.1.3.1. Bộ phận dùng
Đại hồi (quả) – Fructus Illicium veri là quả chín đã phơi khô của cây hồi –
Illicium verum Hook. f. (họ Hồi – Illiciaceae).
1.1.3.2. Thu hái và chế biến
Hàng năm cây ra hoa kết quả theo 2 vụ, vụ chính thu hoạch vào tháng 8-10
(vụ mùa), vụ muộn thu hoạch vào tháng 2-4 năm sau (vụ tứ quý). Vụ muộn cho
năng suất thấp hơn. Cây trồng sau 5-6 năm bắt đầu cho thu hoạch. Sau 15 năm mỗi
cây có thể cho 10-20kg quả tƣơi/năm, sau 20 năm, năng suất tƣơng đối ổn định ở
mức 20-30kg/năm [2].
Vào vụ thu hoạch, hái lấy quả từ màu lục biến thành vàng, nhúng qua nƣớc
sôi, sấy nhẹ hoặc phơi trong bóng râm khoảng 5-6 ngày cho khô [5].
1.1.4. Thành phần hóa học và công dụng
1.1.4.1. Thành phần
Tinh dầu: hàm lƣợng 3-3,5% trong quả tƣơi, 9-10% trong quả khô. Chứa 80-90%
trans-anethol, ngoài ra còn có linalol, estragol, terpineol, anysaldehyd… [8], [12].
Acid hữu cơ: acid shikimic, protocatechic, anisatinic, isoanisatinic. Trong đó quan
trọng nhất là acid shikimic [2], [8].
Ngoài ra còn 1 số chất thuộc nhóm flavonoid, tannin, sesquiterpen, sesquiterpen
lacton, sesquilignan, sesqui-neoliganan; dầu béo chủ yếu chứa trong hạt [4], [8].
1.1.4.2. Công dụng
Đại hồi (quả) có vị cay, tính ôn, quy kinh can, thận, tỳ, vị, có công dụng giúp
tiêu hóa, lợi sữa, giảm đau, giảm co bóp nhu động ruột, dùng chữa ỉa chảy, ăn
không tiêu. Khi dùng ngoài, đại hồi có tác dụng chữa đau nhức, thấp khớp, bong
gân [4], [5]. Dạng dùng của loại dƣợc liệu này là bột, rƣợu thuốc. Ngày dùng 3-6g.
Quả hồi và tinh dầu hồi đƣợc dùng làm gia vị và hƣơng liệu cho rất nhiều sản
phẩm dùng trong kỹ nghệ thực phẩm: rƣợu mùi, kẹo gôm, bánh kẹo, gelatin,
pudding, thịt, sản phẩm từ thịt [4].
4

1.2. Tổng quan về acid shikimic

1.2.1. Công thức hóa học và tính chất
Acid shikimic có công thức hoá học và các tính chất cụ thể nhƣ sau [24],
[29].
Công thức cấu tạo

Hình 1.1 Công thức cấu tạo acid shikimic
Tên khoa học: acid (3R,4S,5R) – 3,4,5 – trihydroxy -1-cyclohexen -1- carboxylic.
Công thức phân tử:C
7
H
10
O
5
. Trọng lượng phân tử: 174,15.
Tính chất:Acid shikimic là một chất kết tinh màu trắng, rất dễ tan trong nƣớc
(18%), tan trong ethanol tuyệt đối (2,25%), trong methanol, không tan trong các
dung môi ít phân cực ethyl acetat, aceton, cloroform, benzen, ether dầu hỏa.
Nhiệt độ nóng chảy: 183 - 184,5
0
C.
Năng suất quay cực: [ ]
18
= -183,8 (c =4,03 trongnƣớc).
Cực đại hấp thụ: Dung dịch acid shikimic/ethanol có cực đại hấp thụ ở 213 nm.
1.2.2. Nguồn gốc acid shikimic
Acid shikimic đƣợc Eykman F. và cộng sự phân lập lần đầu tiên vào năm 1885 từ
một loài hồi Nhật Bản (Illicium anisatum). Đến 50 năm sau cấu trúc hóa học
củaacid shikimic mới đƣợc xác định [26].Acid shikimic có trong nhiều loài thực vật
nhƣ đại hồi (Illicium verum), bạch quả (Gingko biloba), kha tử (Terminalia
chebula), tiểu hồi (Foeniculum vulgare)… [30]. Nhƣng hiện nay đại hồi vẫn là

nguyên liệu quan trọng để chiết xuất, bởi hàm lƣợng acid shikimic trong quả hồi
tƣơng đối cao (5%-10%) [8].
5

Acid shikimic còn có nguồn gốc từ tổng hợp hoặc bántổng hợp. Raphael (1960) và
Smissman (1959) đã tổng hợp acid shikimic từ 1,3-butadien-1,4-diyl diacetate qua
phản ứng Diels Alder. Grewe (1964) và cộng sự tổng hợp acid shikimic từ 1,3-
butadien. Ngoài ra, acid shikimic có thể đƣợc tổng hợp từ benzen, bán tổng hợp từ
acid quinic và D-manose [18].
Ngoài ra, acid shikimic còn đƣợc sản xuất bằng con đƣờng lên men vi sinh sử dụng
chủng Escherichia coli tái tổ hợp, sau đó chiết xuất acid shikimic từ dịch lên men
và tinh chế. Tuy nhiên hiệu suất không cao và giá thành không thể cạnh tranh với
phƣơng pháp chiết xuất từ đại hồi [19].
1.2.3. Vai trò acid shikimic
Trong sinh học nói chung, acid shikimic đóng vai trò quan trọng trong quá trình
sinh tổng hợp các acid amin thơm nhƣ phenylalanin, tryptophan, tyrosin; các
alcaloid, hợp chất phenolic, các phenyl propanoid [31]. Nó là chất trung gian hóa
học quan trọng của các quá trình chuyển hóa trong thực vật và vi sinh vật (con
đƣờng shikimat) [25], [26].
Về tác dụng dƣợc lý, acid shikkimic có tác dụng chống viêm, giảm đau, có khả
năng ức chế ngƣng tập tiểu cầu và bệnh tắc nghẽn động mạch do tác động của acid
arachidonic [27]. Các nhà khoa học đã chứng minh acid shikimic có tác dụng giảm
đau, chống viêm, chống co giật, chống oxy hóa, kìm hãm phát triển tế bào ung
thƣ[2].
Trong lĩnh vực tổng hợp hóa dƣợc, acid shikimic đƣợc biết đến là nguyên liệu tổng
hợp (-)zeylenon, hoạt chất có hoạt tính kháng sinh, có tác dụng chống virus,
chốngung thƣ và đƣợc sử dụng cho bệnh nhân ung thƣ trƣớc khi tiến hành hóa trị
liệu [21].
Đặc biệt trong những năm gần đây acid shikimic là nguyên liệu để bán tổng hợp
oseltamivir phosphat – một chất có vai trò ức chế neuraminidase, một enzym cần

cho quá trình giải phóng và lây lan virus từ các tế bào bị nhiễm. Oseltamivir
phosphat có tác dụng trên virus cúm typ A và typ B, đặc biệt với chủng H5N1.
6

Theo tổng hợp của Nguyễn Quyết Chiến [7]: Kim và cộng sự (1997) đã tìm ra con
đƣờng tổng hợp oseltamivir phosphat từ aicd shikimic nhƣng mới chỉ ở quy mô
phòng thí nghiệm. Sau đó Rohloff và cộng sự đã xây dựng đƣợc phƣơng pháp tổng
hợp có hiệu quả và có thể triển khai ở quy mô pilot, hiệu suất tổng thể của quá trình
là 21% với 10 công đoạn phản ứng và vẫn qua công đoạn tạo azid, mặc dù đƣợc
phép áp dụng trong sản xuất nhƣng nó luôn tiềm ẩn những nguy cơ do các tác nhân
và các hợp chất azid trung gian có độc tính cao và có khả năng gây nổ. Năm 2004,
Harrington và cộng sự đã nghiên cứu thành công phƣơng pháp tổng hợp oseltamivir
phosphat và tránh đƣợc công đoạn tạo azid. Phƣơng pháp này đƣợc các tác giả gọi
là ―Phƣơng pháp thế hệ thứ 2‖, hiệu suất tổng của phƣơng pháp đạt 61% và đƣợc
xem là phƣơng pháp tối ƣu nhất hiện nay[17].
1.2.4. Một số nghiên cứu chiết xuất và phân lập acid shikimic từ đại hồi
Khi đại dịch cúm gia cầm xảy ra, hãng Roche và thế giới lo lắng vì không đủ
acid shikimic để sản xuất. Nhiều nhóm nghiên cứu đã cố gắng tìm ra acid shikimic
với các phƣơng pháp và nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau.
Payne R. và Edmonds M. (2005) tiến hành chiết acid shikimic từ đại hồi
bằng thiết bị Soxhlet với dung môi ethanol 95%. Dịch chiết đƣợc cất loại ethanol.
Hòa tan cắn vào nƣớc nóng, gạn bỏ lớp dầu. Dung dịch đƣợc loại bớt tạp bằng
formaldehyd và lọc. Acid shikimic đƣợc tinh chế bằng phƣơng pháp trao đổi ion
(dùng nhựa Amberlit IRA-400) và kết tinh lại trong ethyl actetat-methanol. Hiệu
suất đạt 2,4-7,0% [27]. Nguyễn Quyết Chiến (2006) cũng tiến hành và tinh chế acid
shikimic từ đại hồi theo phƣơng pháp tƣơng tự. Hiệu suất quá trình đạt 5,4% [6].
Nguyễn Đình Luyện và cộng sự (2006) chiết Soxhlet bằng cồn 95
0
, chiết
bằng nƣớc ở 60

o
C và chiết hồi lƣu trong cồn 90
0
và 95
0
, quy mô phòng thí nghiệm
(50 và 100g quả hồi khô), loại tạp với formaldehyd, tinh chế trên cột anionit chứa
50g Amberlit và thu đƣợc acid shikimic với hiệu suất từ 5,0-6,8 % [13].
Iyer Sankar V. (2007) công bố phƣơng pháp chiết tách acid shikimic gồm
các bƣớc [28]:
 Chiết hồi lƣu nguyên liệu đại hồi (400g) với 2x2L isopropanol 95%.
7

 Cất thu hồi dung môi dƣới áp suất giảm để thu đƣợc dịch chiết đậm đặc.
 Dung dịch đậm đặc đƣợc pha loãng với 900mL nƣớc.
 Tiến hành loại tạp dung dịch nƣớc lần lƣợt bằng ethyl acetat (1200mL), dung dịch
formaldehyd 37% và than hoạt (60g).
 Cô đặc dung dịch nƣớc. Thêm 50mL methanol và cô đến cắn.
 Hòa cắn vào 40ml methanol, đun hồi lƣu 45 phút và để lạnh (0-5
0
C) cho acid
shikimic kết tinh. Hiệu suất quá trình 3,5-5%.
Phƣơng pháp của Iyer Sankar V. có nhƣợc điểm là quá trình tinh chế qua
nhiều công đoạn và khá phức tạp, tốn ethyl acetat và than hoạt; sử dụng
formaldehyd 37% là dung môi độc hại để loại tạp và hiệu suất thấp.
Gần đây, nhóm nghiên cứu của Hiroki Ohira (2009) - Trƣờng Đại học
Tohoku, Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ chiết xuất bằng khí hóa lỏng siêu tới
hạn (Research Center of Supereritical Fluid Tecnhnology) đã nghiên cứu chiết xuất
nhanh acid shikimic bằng nƣớc nóng ở nhiệt độ 120
o

C trong 5 phút với 0,5g hồi có
hiệu suất 8% [25]. Hiệu suất chiết cao, thời gian chiết nhanh nhƣng kỹ thuật khá
phức tạp, tốn kém, đòi hỏi trang thiết bị hiện đại.
Nguyễn Thƣợng Dong và cộng sự (2010) đã chiết xuất đƣợc acid shikimic từ
lá và quả đại hồi thu hoạch ở các tỉnh khác nhau ở Việt Nam bằng dung môi nƣớc
và methanol, tinh chế bằng hỗn hợp ethyl acetat-methanol (3:1) cho hiệu suất 0,985-
1,33% trong lá và 4,47% trong quả [8].
Đỗ Thị Loan (2011) chiết xuất acid shikimic từ đại hồi bằng nƣớc theo
phƣơng pháp chiết nóng với nƣớc ở 100
0
C, tinh chế bằng hỗn hợp dung môi
methanol-aceton cho hiệu suất cả quá trình đạt 6,61% [11].
1.2.5. Nhận xét
Cúm gia cầm có nguy cơ bùng phát thành đại dịch bất cứ lúc nào ở nƣớc ta
và các nƣớc khác trên thế giới.Chủ động nguồn nguyên liệu acid shikimic để bán
tổng hợp oseltamiver (hoạt chất có tác đụng chống cúm gia cầm hiệu quả hiện nay)
có ý nghĩa hết sức to lớn. Phân lập acid shikimic từ đại hồi là phƣơng pháp hiệu quả
nhất tính đến thời điểm hiện tại để thu đƣợc hoạt chất này. Các phƣơng pháp chiết
8

xuất hoạt chất này đã đƣợc công bố trƣớc đây thƣờng phức tạp, khá tốn kém, thu
hồi tái sử dụng dung môi khó khăn, sử dụng dung môi tinh chế độc hại (methanol,
formaldehyd…). Chính vì vậy, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu phân lập acid shikimic
từ đại hồi sử dụng nhựa trao đổi ion nhằm góp phần tìm ra phƣơng pháp phân lập
acid shikimic từ đại hồi hiệu quả, kinh tế và thân thiện với môi trƣờng có thể áp
dụng trong điều kiện thực tế tại Việt Nam.
1.3. Tổng quan về nhựa trao đổi ion
1.3.1.Phƣơng pháp trao đổi ion
1.3.1.1.Cơ sở của phƣơng pháp
Là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tƣơng tác hoá học giữa ion trong pha

lỏng và ion trong pha rắn.Trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng hoá học
đổi chỗ (phản ứng thế) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (là nhựa
trao đổi). Sự ƣu tiên hấp phụ của nhựa trao đổi dành cho các ion trong pha lỏng nhờ
đó các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chỗ các ion có trên khung mang của nhựa.
Quá trình này phụ thuộc vào từng loại nhựa và các loại ion khác nhau[14].
1.3.1.2.Vật liệu trao đổi ion
Vật liệu có tính năng trao đổi ion có thể là loại tự nhiên hay tổng hợp, có
nguồn gốc vô cơ hay hữu cơ. Chúng đƣợc coi là một nguồn tích trữ các ion và có
thể trao đổi đƣợc với bên ngoài. Chất trao đổi ion ở đây là dạng rắn không tan trong
nƣớc và hầu hết trong các dung môi hữu cơ[14], [15].
Trên bề mặt chất rắn tồn tại các nhóm chức hai thành phần điện tích: của
nhóm chức cố định và của ion linh động có thể trao đổi đƣợc [14].
Cấu trúc của chúng có thể đƣợc mô tả[14], [15].
Bảng1.1Cấu trúc của chất trao đổi ion
Dạng chất trao đổi
Mạng chất rắn
Điện tích nhóm chức
Ion linh động
Cationit
Vô cơ, hữu cơ
Âm
Dƣơng
Anionit
Vô cơ, hữu cơ
Dƣơng
Âm
Lƣỡng tính
Vô cơ, hữu cơ
Âm, dƣơng
Âm, dƣơng

9

Các loại chất trao đổi ion yếu chỉ có thể tích điện âm ở pH cao đối với
cationit và ở vùng pH thấp đối với anionit nếu không nhóm chức của chúng ở trạng
thái không phân ly, điện tích tổng của nhóm chức bằng không.Chất trao đổi ion
lƣỡng tính thì khác, ở vùng pH nhất định chúng thể hiện khả năng trao đổi anion
hay cation, chỉ tồn tại trạng thái trung hoà tại điểm đẳng điện[14].
1.3.1.3.Phân loại vật liệu trao đổi ion[14], [15]
A. Loại cationit
a. Vô cơ
Tự nhiên (zeolit, khoáng sét).
Tổng hợp (zeolit tổng hợp, permulit, silicat tổng hợp).
b. Hữu cơ (tự nhiên, than sunfon hóa, tổng hợp: divinyl benzene).
B.Loại anionit
a. Vô cơ
Tự nhiên (dolomite, apatit, hydroxyl apatit).
Tổng hợp (silicat của kim loại nặng).
b.Hữu cơ
Tổng hợp (nhựa trao đổi ion).
1.3.2.Nhựa trao đổi ion
1.3.2.1.Phân loại
Có 4 loại nhựa: Cation acid mạnh, Cation acid yếu, Anion kiềm mạnh, Anion
kiềm yếu.
Tính chất trao đổi ion của nhựa đƣợc quyết định bởi các nhóm đặc trƣng
trong khung cao phân tử của nhựa và các ion linh động. Các nhóm này mang điện tích
âm hoặc dƣơng tạo cho nhựa có tính kiềm hoặc acid.Các nhóm đặc trƣng trong ionit
nối với các ion linh động có dấu ngƣợc lại bằng liên kết ion. Các ion linh động này có
khả năng trao đổi với các ion khác trong dung dịch [14].
 Nhựa trao đổi cation (cationit): là những chất có nhóm đặc trƣng acid. Trong cấu

tạo mạng lƣới của nhựa có mang điện tích âm (nhóm đặc trƣng mang điện tích âm)
10

kèm theo nhóm đặc trƣng có một cation linh động có khả năng trao đổi với các
cation khác trong dung dịch.
Các ion linh độngcủa cationit thƣờng là H, thƣờng đƣợc gọi là nhựa trao đổi cationit
dạng H. Nếu thay H bằng Na, nhựa đƣợc gọi là Na-cationit.
Các nhóm đặc trƣng của cationit: -SO
3
H, -COOH, -OH (của phenol), -PO
3
H.
Các nhóm đặc trƣng càng nhiều, khả năng trao đổi càng tăng, đồng thời độ hoà tan
trong nƣớc của nhựa cũng tăng. Nếu tăng độ nối ngang trong cấu trúc của nhựa ionit
thì khả năng trao đổi, độ hoà tan giảm nhƣng độ trƣơng nở sẽ tăng [9].
Cationit acid mạnh: nhóm đặc trƣng là –SO
3
H, -PO
3
H
Có khả năng phân ly thành ion linh động trong tất cả các môi trƣờng trung
tính, kiềm, acid. Do đó khả năng trao đổi của chúng không bị ảnh hƣởng bởi pH của
dung dịch.
Cationit acid yếu: nhóm đặc trƣng –COOH, -OH
Phân ly yếu trong môi trƣờng acid, khả năng trao đổi phụ thuộc vào pH của
môi trƣờng.Trong môi trƣờng kiềm, khả năng phân ly mạnh nên khả năng trao đổi
lớn.Trong môi trƣờng acid, khả năng phân ly thấp, dẫn đến khả năng trao đổi thấp.
 Nhựa trao đổi anion (anionit) [9].
Các nhóm hoạt động mang điện tích dƣơng, tạo cho anionit có tính kiềm, các
anion linh động có thể trao đổi với các anion khác trong dung dịch.Nhóm đặc trƣng:

kiềm amin bậc 1, 2, 3, 4. Các anion linh động thƣờng là -OH, -Cl….
Anionit kiềm mạnh: nhóm đặc trƣng là kiềm amin bậc 4: -(CH
3
)
3
N
+
,-OH
-
.
Nhóm -OH đính vào nhờ lực tĩnh điện.Anionit kiềm mạnh có mức độ phân ly ion
tốt trong tất cả các môi trƣờng nên khả năng trao đổi của chúng không phụ thuộc
pH của môi trƣờng.
Anionit kiềm yếu: nhóm đặc trƣng là kiềm amin bậc 1 (–NH
2
), bậc 2 (=NH) và bậc
3 (N≡).
1.3.2.2.Tính chất vật lý[14]
Màu sắc: vàng, nâu, đen, thẫm. Trong quá trình sử dụng nhựa, màu sắc của nhựa
mất hiệu lực thƣờng thẫm hơn một chút.
11

Hình thái: nhựa trao đổi ion thƣờng ở dạng tròn.
Độ nở: khi đem nhựa dạng keo ngâm vào trong nƣớc,thể tích của nó biến đổi lớn.
Độ ẩm: là % khối lƣợng nƣớc trên khối lƣợng nhựa ở dạng khô (độ ẩm khô), hoặc ở
dạng ƣớt (độ ẩm ƣớt).
Tính chịu nhiệt: các loại nhựa bị ảnh hƣởng bởi nhiệt độ đều có giới hạn nhất định,
vƣợt quá giới hạn này nhựa bị nhiệt phân giải không sử dụng đƣợc. Nhiệt độ hoạt
động tốt từ 20-50
o

C.
Tính dẫn điện: chất trao đổi ion ẩm dẫn điện tốt, tính dẫn điện của nó phụ thuộc vào
dạng ion.
Kích thƣớc hạt: nhựa có dạng hình cầu d= 0,04-1,00mm.
Tính chịu mài mòn: trong vận hành các chất trao đổi ion cọ sát lẫn nhau và nở ngót,
có khả năng dể vỡ vụn. Đây là một chỉ tiêu ảnh hƣởng đến tính năng thực dụng của
nó.
Tính chịu oxy hoá: chất oxy hoá mạnh có thể làm cho nhựa bị lão hoá (trơ).
1.3.2.3.Tính năng hoá học [15]
Dung lƣợng trao đổi
Dung lƣợng trao đổi là biểu thị mức độ nhiều ít của lƣợng ion có thể trao đổi
trong một loại chất trao đổi ion.
Tính năng thuận nghịch của phản ứng trao đổi ion
Phản ứng trao đổi ion là phản ứng thuận nghịch.Dựa trên tính chất này ngƣời
ta dùng dung dịch chất hoàn nguyên, thông qua chất trao đổi ion đã mất hiệu lực để
khôi phục lại năng lực trao đổi của nó.
Thí dụ: 2HR
+
+ Ca
2+
=> CaR
2+
+ 2H
+
(nhựa trao đổi)
CaR
2+
+ 2H
+
=> 2HR

+
+ Ca
2+
(hoàn nguyên)
Tính acid, kiềm: tính năng của chất Cationit RH và chất Anionit ROH giống chất
điện giải acid, kiềm.
Tính trung hoà và thuỷ phân: tính năng trung hoà và thuỷ phân của chất trao đổi ion
giống chất điện giải thông thƣờng.
Tính chọn lựa của chất trao đổi ion
12

Ở hàm lƣợng ion thấp trong dung dịch, nhiệt độ bình thƣờng, khả năng trao
đổi tăng khi hoá trị của ion trao đổi tăng.
1.3.2.4. Tính chọn lọc [15]
Khả năng trao đổi và tính chọn lọc của nhựa trao đổi có vai trò quan trọng
trong việc sử dụng chúng.
Các ion có hoá trị cao trao đổi tốt hơn các ion có hoá trị thấp, dung dịch
loãng tốt hơn dung dịch đặc và nhựa có dung lƣợng cao tốt hơn nhựa có dung lƣợng
thấp.
Các ion có vỏ hydrat nhỏ tốt hơn các ion có vỏ hydrat lớn, do vỏ hydrat lớn có
khả năng che chắn lực tƣơng tác tĩnh điện tốt. Khả năng trao đổi dãy kim loại kiềm
tăng từ Li
+
đến Cs
+
vì khi bán kính tăng mật độ điện tích và độ lớn của lớp vỏ
hydrat giảm.
Các tƣơng tác đặc thù giữa ion và nhóm chức của nhựa tạo điều kiện tăng cƣờng
tính chọn lọc nhƣ tạo cặp ion, liên kết hoá học, cộng hợp, tạo chất kết tủa.
Đối với phần lớn cationit tính chọn lọc tuân theo dãy:

Ba
2+
> Pb
2+
> Sr
2+
> Ca
2+
> Ni
2+
> Cd
2+
> Cu
2+
> Co
2+
> Zn
2+
> Mg
2+
>UO
2
2+
>
Ti
2+
> Ag
+
> Cs
+

> Rb
+
> NH
4
+
> Na
+
> Li
+
Đối với anionit tính chọn lọc có thể sắp xếp theo:
Citrat > SO
4
2-
>Oxalat > I
-
> NO
3
-
> CrO
4
2-
> Br
-
>SCN
-
> Cl
-
> Format > Acetat >
F
-

Trong thực tiễn tính chọn lọc đôi khi sắp xếp một cách định tính đối với từngloại
chất trao đổi ion.
Đối với nhựa cationit gốc acid sufonic:
Fe
3+
> Al
3+
> Ca
2+

La
3+
> Y
3+
> Ba
2+

Th
4+
> La
3+
> Ce
2+
> Na
+

Ac
3+
> La

3+

Mg
2+
> Be
2+

Đối với cationit yếu gốc acid carboxylic:H
+
> Ca
2+
>Mg
2+
> K
+
> Na
+

13

Đối với anionit mạnh gốc amin bậc 4:NO
3
-
> CrO
4
-
>Br
-
> SCN
-

>Cl
-

Đối với nhựa anionit yếu gốc polyamin:
OH
-
> SO
4
-
> CrO
4
-
> NO
3
-
> PO
4
3-
>MoO
4
2-
> HCO
3
-
> Br
-
> Cl
-
> F
-

Đối với nhựa vòng càng gốc acid imiđoiacetic:
Cu
2+
> Pb
2+
> Fe
3+
> Al
3+
> Cr
3+
> Ni
2+
> Zn
2+
> Ag
+
>
Co
2+
>Cd
2+
>Fe
2+
>Mn
2+
>Ba
2+
>Ca

2+
>>Na
+

Ngoài các đại lƣợng đặc trƣng đã nêu ngƣời ta còn sử dụng một số đại lƣợng
khác nhƣ hằng số cân bằng, hệ số phân bố để đặc trƣng cho khả năng trao đổi và
tính chọn lọc trao đổi của một hệ.
1.3.2.5. Các phản ứng đặc trƣng [9]
Quá trình trao đổi với cationit
RSO
3
H + Na
+
+ Cl
-
 RSO
3
Na
+
+ H
+
+ Cl
-

2RSO
3
H + Ca
2+
+ 2Cl
-

 (RSO
3
)
2
Ca + 2H
+
+2Cl
-

Hoặc
RCOOH + Na
+
+ OH
-
 RCOONa + H
2
O
Có thể xem đây là quá trình hoá học dị thể (lỏng-rắn).Mức độ ion hoá phụ thuộc
bản chất hoá học của nhóm hoạt động, tính chất dung dịch bên ngoài.
 Ví dụ
Nhóm sulfo: ion hoá tốt trong môi trƣờng acid.
-COOH, -OH: trong môi trƣờng acid ion hoá kém hơn.
Cationit acid mạnh: mức độ phân ly không phụ thuộc vào pH.
Cationit acid yếu: thay đổi dung tích trao đổi theo pH.
Một đặc điểm khác: khi cationit trao đổi đạt đến bão hoà với cation này, thì
có thể trao đổi với cation khác. RCOONa + H
+
RCOOH + Na
+
R-H

+
+ NaCl  R-Na + H
+
+ Cl
-

2R-Na + CaSO
4
 (R)
2
Ca + Na
+
+ SO
4
2-
Sau khi bão hoà, cationit đƣợc tái sinh bằng acid
R-SO
3
Na + H
+
 R-SO
3
H
+
+ Na
+

(R-SO
3
)

2
Ca + 2H
+
 2R-SO
3
H + Ca
2+

14

Quá trình trao đổi của anionit
Anionit kiềm yếu (nhóm amin bậc 1,2,3): ion hoá khi pH<7.
Anionit chứa amin bậc 4: ion hoá trong môi trƣờng acid yếu, trung tính, kiềm.
Anionit kiềm mạnh có độ phân ly cao
R-OH + HCl  R-Cl + H
2
O
Quá trình tái sinh
RCl + NaOH  ROH + NaCl
Quá trình trao đổi ion là một quá trình thuận nghịch, phản ứng hoá học dị thể
giữa các nhóm hoạt động của nhựa và các ion trong dung dịch. Quá trình trao đổi
tuân theo định luật tác dụng khối lƣợng.
1.3.2.6. Các ứng dụng của nhựa trao đổi ion
Làm mềm nƣớc: Trong ứng dụng này, nhựa trao đổi ion đƣợc sử dụng để thay thế
các ion Mg
2+
và Ca
2+
đƣợc tìm thấy trong nƣớc cứng bằng Na
+

.
Lọc nƣớc: Trong ứng dụng này nhựa ion dùng để loại bỏ chất độc hại (ví dụ nhƣ
đồng) và kim loại nặng (nhƣ chì hoặc cadmium) thay thế chúng bằng các ion vô hại
hơn nhƣ Na
+
và K
+
.
Sản xuất nƣớc có độ tinh khiết cao: Nƣớc này đƣợc sản xuất bằng cách sử dụng các
quy trình trao đổi ion hoặc sự kết hợp của màng tế bào và phƣơng pháp trao đổi ion.
Cation đƣợc thay thế bởi H
+
bằng cách sử dụng cationit, anion đƣợc thay thế bởi
OH
-
bằng cách sử dụng anionit. Các ion H
+
và OH
-
kết hợp tạo thành phân tử H
2
O.
Vì vậy không có các ion tồn tại trong nƣớc sản xuất.
Xúc tác:Trong hoá học nhựa trao đổi ion có thể làm chất xúc tác cho phản ứng hữu
cơ.
Sản xuất đƣờng: Nhựa trao đổi ion đƣợc sử dụng trong sản xuất đƣờng từ nhiều
nguồn khác nhau. Chúng giúp làm sạch siro đƣờng.
Trong dƣợc phẩm: Nhựa trao đổi ion đƣợc sử dụng trong sản xuất dƣợc phẩm
không chỉ làm chất xúc tác phản ứng nhất định mà cũng dùng để phân lập các hợp
chất tự nhiên.

15

Chƣơng 2. NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ
PHƢƠNG PHÁPNGHIÊN CỨU.
2.1. Nguyên liệu, thiết bị
2.1.1. Nguyên liệu
Nguồn gốc:Công ty TNHH Chế biến và Xuất khẩu nông – lâm sản Lạng Sơn.


Hình 2.1 Nguyên liệu đại hồi
Xử lí dược liệu: Đại hồi loại bỏ tạp, sấy khô ở 50
0
C, xay, rây qua cỡ rây 2mm.
2.1.2. Nhựa anionit
Bảng 2.1 Các loại anionit sử dụng
Tên
Khoảng
nhiệt độ
hoạt
động
Dung
lượng trao
đổi
Nhóm đặc
trưng
Kích thước
hạt
Nguồn gốc
Amberlite

IRA 402
< 60
o
C
>1,2 eq/L
Amoni bậc 4
600 -700µm
Rohm and
Haas
Trilite
SAR-20
<60
o
C
1,3 eq/L
Dimethylethan
olamin
300 -1200µm
Hàn Quốc
Dianion
SA12A
< 80
o
C
> 1,3 eq/L
Amoni bậc 4
300 -1180µm
Misubishi
Nhật Bản
16

2.1.3. Hóa chất, thiết bị, dụng cụ
2.1.3.1.Hóa chất
Bảng 2.2 Hóa chất
TT
Tên hóa chất
Tiêu chuẩn, nguồn gốc
1
Ethanol 96%
Việt Nam
2
Methanol
HPLC, Merck
3
HCl
Trung Quốc
4
NaCl
Thái Lan
5
CH
3
COOH
Trung Quốc
7
Acetonitril
HPLC, Merck
8
H

3
PO
4
Trung Quốc
9
Acid shikimic chuẩn
99,8%, Merck

2.1.3.2.Thiết bị, dụng cụ
Máy móc
 Máy siêu âm Ultrasonic LC60H (Đức): Công suất P= 400W,
 tần số f = 35 kHz.
 Tủ sấy MEMMERT (Đức).
 Cân kỹ thuật điện tử Sartorius BP 20015 (Đức).
 Cân phân tích Mettler Toledo AB204-S ( Thụy Sỹ).
 Máy cất quay chân không Büchi B-490 và R-220 (Thụy Sỹ).
 Máy khuấy từ Heidolph MR3001 (Đức).
 Máy sắc kí lỏng hiệu năng cao Shimadzu (Nhật Bản), bao gồm: bộ phân loại khí
DGU – 14A, bơm cao áp LC – 10ADVP, buồng chứa cột CTO – 10AVP, bộ
điều khiển SCL – 10AVP, detector dãy diod quang SPD – M10AVP và phần
mềm Class vp 6.14.
Dụng cụ
 Bình cầu 250mL
17

 Cốc thủy tinh loại 100mL, 250mL, 500mL, 1000mL.
 Bình định mức 10mL, 25mL, 50mL, 100mL, 250mL.
 Pipet 1mL, 2mL, 5mL, 10mL.
 Ống đong 10mL, 50mL, 300mL, 500mL.
 Màng lọc cellulose acetat 0,45μm (Satorius).

2.2. Nội dung nghiên cứu
2.2.1.Khảo sát một số yếu tố ảnh hƣởng đến dung lƣợng hấp phụ acid
shikimic của nhựa anionit
2.2.1.1. Thời gian hấp phụ
Nội dung này đánhgiá tốc độ hấp phụ acid shikimic chuẩn đƣợc pha trong nƣớc cất
của mỗi loại nhựa. Từ đó rút ra thời gian tối thiểu cần để mỗi loại nhựa hấp phụ
đƣợc 1 lƣợng tối đa acid shikimic. Mặt khác cũng so sánh đƣợc dung lƣợng hấp phụ
acid shikimic của ba loại nhựa anionit đƣợc sử dụng ở cùng một điều kiện.
Khảo sát tại các thời điểm 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút, 90
phút sau khi ngâm mỗi loại nhựa với dung dịch acid shikimic.
2.2.1.2. Nhiệt độ
Nội dung này đánh giá dung lƣợng hấp phụ acid shikimic của mỗi loại nhựa ở các
điều kiện nhiệt độ khác nhau: 25
o
C, 35
o
C, 45
o
C.
Bƣớc đầu nghiên cứu sự ảnh hƣởng của nhiệt độ tới khả năng hấp phụ acid shikimic
của các loại nhựa trao đổi ion.
2.2.2.Lựa chọn dung dịch phản hấp phụ acid shikimic từ nhựa anionit.
Nội dung này bƣớc đầu khảo sát các dung dịch có khả năng phản hấp phụ acid
shikimic ra khỏi nhựa trao đổi ion.
Khảo sát và rút ra nồng độ dung dịch NaCl thích hợp để sử dụng làm dung dịch
phản hấp phụ acid shikimic.
2.2.3.Ứng dụng nhựa anionit để phân lập acid shikimic từ dịch chiết dƣợc liệu
Xác định hàm lƣợng acid shikimic trong dƣợc liệu
Chuẩn bị dịch chiết