Nghiên cứu quá trình tinh chế curcumin từ dịch chiết củ nghệ vàng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.23 MB, 102 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
BẢN TÓM TẮT
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Đề tài
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TINH CHẾ CURCUMIN TỪ DỊCH CHIẾT CỦ
NGHỆ VÀNG
Họ và tên học viên: Lê Hoài Nga
Lớp
: KTHH2009
Chuyên ngành
: QTTB CN Hóa và Thực phẩm
Hà Nội – Năm 2011
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài: Nghiên cứu quá trình tinh chế curcumin từ dịch chiết củ nghệ vàng
Tác giả luận văn: Lê Hoài Nga
Khóa: KTHH 2009
Người hướng dẫn: TS. Phùng Lan Hương
Nội dung tóm tắt:
a) Lý do chọn đề tài
Curcumin là hoạt chất chính của nghệ vàng, được phát hiện đầu tiên vào năm
1842, đã được công nhận có độ tinh khiết cao, không chứa tác nhân độc hại. Bên cạnh
các tác dụng trong chữa trị các bệnh ngoài da, tiêu hóa và tim mạch, Curcumin còn
được biết đến là chất huỷ diệt ung thư vào loại mạnh nhất và là chất có triển vọng được
sử dụng trong điều trị HIV-AIDS giá rẻ. Ngày nay, Curcumin được sử dụng rộng rãi
trong công nghệ dược phẩm và sản xuất sản phẩm chức năng.
Quy trình sản xuất Curcumin bao gồm ba quá trình chính: Trích ly, Cô đặc và
Tinh chế. Trong đó, quá trình Trích ly quyết định năng suất, quá trình Tinh chế quyết
định thời gian toàn bộ quy trình sản xuất cũng như chất lượng sản phẩm.
Bắt đầu với dự án VLIR-HUT AP07/Prj03/Nr04 (2007), nhóm nghiên cứu đã
nghiên cứu thành công quá trình Trích ly. Tuy nhiên, để đạt được mục đích cuối cùng
là sản xuất sản phẩm có độ tinh khiết cao thì cần thiết phải nghiên cứu quá trình Tinh
chế Curcumin trong dung dịch. Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu quá trình này.
b) Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
Luận văn đặc biệt tập trung nghiên cứu công đoạn kết tinh trong quá trình tinh
chế, là một công đoạn đặc biệt quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm và là cơ
sở cho mục đích chuyển quy mô. Do vậy nhiệm vụ đặt ra của luận văn là nghiên cứu lý
thuyết để thiết lập mô hình động học quá trình kết tinh và nghiên cứu thực nghiệm quá
trình tinh chế Curcumin từ Nghệ vàng có nguồn gốc từ vùng Vôi Chũ - Bắc Giang để
khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung môi trong dung dịch kết tinh đến thời gian kết
tinh và hiệu suất sản phẩm cũng như kiểm chứng độ chính xác của mô hình.
c) Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
Luận văn đã thực hiện các nội dung nghiên cứu sau:
• Nghiên cứu quy trình sản xuất và tinh chế Curcumin từ nghệ vàng, lựa chọn
phương pháp kết tinh và kết tinh lại để tiến hành tinh chế Curcumin nhằm thu
sản phẩm có độ tinh khiết cao;
• Thiết lập mô hình động học quá trình kết tinh Curcumin trong dung dịch cho
phép xác định được lượng tinh thể Curcumin thu được tại thời điểm bất kỳ;
• Tiến hành thực nghiệm quá trình kết tinh Curcumin trong dung dịch:
-
Khảo sát động học quá trình kết tinh Curcumin trong dung dịch với dung môi
Etanol có nồng độ khác nhau;
-
Xác định tham số của mô hình động học quá trình kết tinh Curcumin trong
dung dịch;
-
Kiểm chứng sự đúng đắn của mô hình.
d) Phương pháp nghiên cứu.
-
Nghiên cứu lý thuyết quá trình kết tinh trong dung dịch, bao gồm: các giai đoạn
của quá trình kết tinh, cơ chế và tốc độ của từng giai đoạn;
-
Nghiên cứu thiết lập mô hình động học quá trình kết tinh Curcumin trong dung
dịch: giả thiết, phương pháp thiết lập mô hình và giải mô hình từ thực nghiệm;
-
Nghiên cứu thực nghiệm quá trình kết tinh Curcumin trong dung dịch để kiểm
chứng mô hình.
e) Kết luận
Tinh chế Curcumin là quá trình tiêu tốn nhiều thời gian. Muốn giảm thời gian
toàn bộ quy trình sản xuất cũng như đảm bảo thuận tiện trong chuyển quy mô, cần lựa
chọn phương pháp Tinh chế thích hợp. Luận văn đã lựa chọn phương pháp kết tinh và
kết tinh lại để tiến hành tinh chế.
Luận văn đã nghiên cứu ảnh hưởng của hệ dung môi Etanol – Nước đến nồng độ
bão hòa của dung dịch và thời gian tiến hành kết tinh.
Luận văn cũng thiết lập được mô hình động học giai đoạn kết tinh, xác định
tham số của mô hình trong trường hợp kết tinh Curcumin với dung môi Etanol – Nước
ở các tỷ lệ khác nhau, kiểm chứng tính đúng đắn của mô hình.
Mô hình động học này có ý nghĩa to lớn trong các nghiên cứu chuyển quy mô
sau này.
Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 2011
Người hướng dẫn
TS. Phùng Lan Hương
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... 3
LỜI CẢM ƠN.. .............................................................................................................. 4
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ................................................................. 5
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................... 7
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................................ 9
MỞ ĐẦU…….. ............................................................................................................ 11
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN .................................................................................... 13
1.1. TỔNG QUAN VỀ NGHỆ VÀ CURCUMIN ................................................ 13
1.1.1. Vài nét chung về nghệ ......................................................................... 13
1.1.2. Hoạt chất Curcumin ............................................................................ 16
1.2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT VÀ TINH CHẾ CURCUMIN TỪ CỦ NGHỆ
VÀNG ............................................................................................................ 19
1.2.1. Quá trình trích ly ................................................................................. 20
1.2.2. Quá trình cô đặc .................................................................................. 23
1.2.3. Quá trình tinh chế ................................................................................ 24
1.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ CURCUMIN....... 31
1.3.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp phân tích quang phổ đo quang ...... 31
1.3.2. Phương pháp đường chuẩn trong phân tích đo quang ......................... 36
1.3.3. Phương pháp phân tích đo quang xác định nồng độ Curcumin .......... 36
CHƯƠNG 2 - NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 38
2.1. NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH KẾT
TINH CURCUMIN TRONG DUNG DỊCH ................................................. 38
2.1.1. Giả thiết ............................................................................................... 38
2.1.2. Phương pháp thiết lập mô hình ........................................................... 38
Học viên: Lê Hoài Nga
1
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
2.2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH KẾT TINH ĐỂ KIỂM
CHỨNG MÔ HÌNH....................................................................................... 39
2.2.1. Phương pháp xác định nồng độ Curcumin trong dung dịch ............... 39
2.2.2. Tiến hành thực nghiệm xác định tham số của mô hình....................... 42
CHƯƠNG 3 - THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ .................................................... 47
3.1. HOÁ CHẤT VÀ THIẾT BỊ........................................................................... 47
3.1.1. Hoá chất............................................................................................... 47
3.1.2. Thiết bị ................................................................................................ 47
3.1.3. Dụng cụ ............................................................................................... 51
3.2. THIẾT LẬP MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH KẾT TINH
CURCUMIN TRONG DUNG DỊCH ........................................................... 51
3.2.1. Xây dựng mô hình ............................................................................... 51
3.2.2. Phương pháp xác định tham số của mô hình từ thực nghiệm ............. 54
3.3. KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH BẰNG THỰC NGHIỆM ................................. 57
3.3.1. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Curcumin bằng phương pháp
đo quang .............................................................................................. 57
3.3.2. Khảo sát động học quá trình kết tinh Curcumin trong dung dịch với
dung môi có nồng độ khác nhau ......................................................... 61
3.3.3. Xác định tham số của mô hình động học quá trình kết tinh Curcumin
trong dung dịch ................................................................................... 68
KẾT LUẬN…... ........................................................................................................... 82
KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT ....................................................................................... 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 84
PHỤ LỤC……. ............................................................................................................ 88
Học viên: Lê Hoài Nga
2
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sỹ Khoa học này là công trình nghiên cứu thực
sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, dưới sự
hướng dẫn khoa học của TS Phùng Lan Hương.
Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được công
bố trong bất cứ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 12/5/2011
Tác giả
Lê Hoài Nga
Học viên: Lê Hoài Nga
3
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
LỜI CẢM ƠN
Để thực hiện và hoàn thiện Luận văn Thạc sỹ Khoa học này, tôi xin chân thành
cảm ơn các thầy, cô và cán bộ tại các Phòng thí nghiệm của Bộ môn Quá trình – Thiết
bị Công nghệ Hóa & Thực phẩm, Bộ môn Hóa Phân tích, Bộ môn Hóa Hữu cơ, Trung
tâm Giáo dục và Phát triển Sắc ký – Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội và Phòng thí
nghiệm Hóa – Sinh vật biển – Viện Hóa học các hợp chất tự nhiên đã tạo mọi điều kiện
về cơ sở vật chất và trang thiết bị cho tôi tiến hành thực nghiệm.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô, đồng nghiệp trong Bộ môn Quá trình –
Thiết bị Công nghệ Hóa & Thực phẩm, bạn bè và gia đình đã luôn động viên và tạo
mọi điều kiện về thời gian để giúp đỡ tôi hoàn thành Luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS. Phùng Lan Hương đã tận tình hướng dẫn tôi
trong toàn bộ thời gian làm Luận văn, và cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến
ThS. NCS Nghiêm Xuân Sơn, dù công tác xa nhưng luôn đóng góp những ý kiến
chuyên môn quý báu để tôi có thể hoàn thiện Luận văn của mình.
Hà Nội, ngày 12/5/2011
Tác giả
Lê Hoài Nga
Học viên: Lê Hoài Nga
4
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
A
- Diện tích bề mặt tinh thể,
cm2;
A0
- Diện tích bề mặt hạt tinh thể tại thời điểm ban đầu,
cm2;
At
- Diện tích bề mặt hạt tinh thể tại thời điểm t,
cm2;
AΣ
- Tổng diện tích bề mặt tinh thể trong quá trình kết tinh,
cm2;
A0,sqrt - Căn bậc hai của A0,
cm;
C
- Nồng độ chất tan trong dung dịch quá bão hòa,
g/ml;
C0
- Nồng độ chất tan trong dung dịch đầu,
g/ml;
C*
- Nồng độ chất tan trong dung dịch bão hòa,
g/ml;
d
- Đường kính tương đương của tinh thể,
cm;
fs
- Hệ số hình dạng;
G
- Tốc độ lớn lên của tinh thể theo chiều dài,
cm/ph;
KA
- Hằng số liên quan đến tốc độ lớn lên của tinh thể,
cm/ph;
KG
- Hằng số giai đoạn kết tinh,
mln/(gn-1cm2ph);
Km
- Tỷ lệ giữa khối lượng mầm tinh thể và thể tích dung dịch
kết tinh,
K1
- Hằng số phụ thuộc bản chất tinh thể, khối lượng mầm tinh
thể đưa vào và bản chất quá trình kết tinh,
K2
g/ml;
mln/gn.ph3;
- Hằng số phụ thuộc bản chất tinh thể và khối lượng mầm
tinh thể đưa vào ban đầu,
ph;
L
- Chiều dài đặc trưng của tinh thể,
cm;
L0
- Chiều dài đặc trưng của tinh thể tại thời điểm ban đầu,
cm;
Lt
- Chiều dài đặc trưng của tinh thể tại thời điểm t,
cm;
m
- Lượng tinh thể kết tinh được tại thời điểm t,
g;
m0
- Khối lượng mầm tinh thể đưa vào dung dịch đầu,
g;
Học viên: Lê Hoài Nga
5
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
M
- Khối lượng ban đầu của một hạt mầm,
n
- Bậc động học của giai đoạn kết tinh;
N
- Số lượng mầm tinh thể trong dung dịch đầu,
hạt;
t
- Thời gian,
ph;
T
- Nhiệt độ,
0
V
- Thể tích dung dịch kết tinh,
ml.
Học viên: Lê Hoài Nga
g/hạt;
C;
6
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. Bảng tính tan của Curcumin trong một số dung môi ....................................... 17
Bảng 2. Hiệu quả các phương pháp trích ly Curcumin từ nghệ .................................... 21
Bảng 3. Lựa chọn hệ dung môi Etanol - Nước sử dụng trong phân tích ....................... 40
Bảng 4. Nồng độ mẫu Curcumin trong xây dựng đường chuẩn theo phương pháp đo
quang phổ UV-Vis .......................................................................................................... 40
Bảng 5. Các thông số xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Curcumin trong dung
dịch theo phương pháp đo quang ................................................................................... 59
Bảng 6. Thực nghiệm xác định đường chuẩn của phương pháp đo quang định lượng
Curcumin trong dung dịch ............................................................................................. 60
Bảng 7. Thông số ban đầu của thí nghiệm kết tinh Curcumin trong dung dịch ............ 62
Bảng 8. Giả thiết bậc động học n = 1 của quá trình kết tinh Curcumin trong dung môi
Etanol 75 % thể tích ....................................................................................................... 69
Bảng 9. Giả thiết bậc động học n = 1 của quá trình kết tinh Curcumin trong dung môi
Etanol 80 % thể tích ....................................................................................................... 72
Bảng 10. Giả thiết bậc động học n = 1 của quá trình kết tinh Curcumin trong dung môi
Etanol 85 % thể tích ....................................................................................................... 74
Bảng 11. Giả thiết bậc động học n = 1 của quá trình kết tinh Curcumin trong dung môi
Etanol 90 % thể tích ....................................................................................................... 76
Bảng 12. Giả thiết bậc động học n = 1 của quá trình kết tinh Curcumin trong dung môi
Etanol 94 % thể tích ....................................................................................................... 79
Bảng 13. Sai số đường chuẩn của phương pháp phân tích đo quang xác định nồng độ
Curcumin trong dung dung dịch .................................................................................... 88
Bảng 14. Kết quả thực nghiệm kiểm chứng độ chính xác của đường chuẩn trong
phương pháp đo quang xác định nồng độ Curcumin trong dung dịch .......................... 89
Bảng 15. Kết tinh Curcumin trong dung môi Etanol 75 % thể tích ............................... 90
Học viên: Lê Hoài Nga
7
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Bảng 16. Kết tinh Curcumin trong dung môi Etanol 80 % thể tích ............................... 91
Bảng 17. Kết tinh Curcumin trong dung môi Etanol 85 % thể tích ............................... 92
Bảng 18. Kết tinh Curcumin trong dung môi Etanol 90 % thể tích ............................... 93
Bảng 19. Kết tinh Curcumin trong dung môi Etanol 94 % thể tích ............................... 94
Bảng 20. So sánh thực nghiệm và mô hình thí nghiệm kết tinh Curcumin trong dung
môi Etanol 75 % thể tích ................................................................................................ 95
Bảng 21. So sánh thực nghiệm và mô hình thí nghiệm kết tinh Curcumin trong dung
môi Etanol 80 % thể tích ................................................................................................ 96
Bảng 22. So sánh thực nghiệm và mô hình thí nghiệm kết tinh Curcumin trong dung
môi Etanol 85 % thể tích ................................................................................................ 97
Bảng 23. So sánh thực nghiệm và mô hình thí nghiệm kết tinh Curcumin trong dung
môi Etanol 90 % thể tích ................................................................................................ 98
Bảng 24. So sánh thực nghiệm và mô hình thí nghiệm kết tinh Curcumin trong dung
môi Etanol 90 % thể tích ................................................................................................ 99
Học viên: Lê Hoài Nga
8
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1. Chi nghệ ............................................................................................................ 13
Hình 2. Hình ảnh cây và củ nghệ vàng .......................................................................... 14
Hình 3. Công thức cấu tạo của Curcumin ..................................................................... 16
Hình 4. Quy trình tách chiết Curcumin từ nghệ ............................................................ 19
Hình 5. Sự thay đổi nồng độ chất kết tinh theo thời gian .............................................. 27
Hình 6. Sơ đồ các mức năng lượng ................................................................................ 33
Hình 7. Sơ đồ nguyên lý hấp thụ ánh sáng của dung dịch ............................................. 34
Hình 8. Sơ đồ khối thiết bị quang phổ hấp thụ điện tử .................................................. 34
Hình 9. Phương pháp đường chuẩn trong phân tích đo quang ..................................... 36
Hình 10. Đồ thị đường chuẩn theo lý thuyết .................................................................. 41
Hình 11. Lý thuyết về sai số của đường chuẩn .............................................................. 41
Hình 12. Cân phân tích .................................................................................................. 48
Hình 13. Thiết bị siêu âm ............................................................................................... 48
Hình 14. Hệ thống cất quay chân không ........................................................................ 49
Hình 15. Thiết bị ổn nhiệt .............................................................................................. 49
Hình 16. Hệ thống thiết bị khuấy từ ............................................................................... 50
Hình 17. Hệ thống máy phân tích đo quang .................................................................. 50
Hình 18. Phổ UV-Vis của dung dịch Curcumin chuẩn dùng để xác định bước sóng phát
hiện ................................................................................................................................. 58
Hình 19. Lựa chọn hệ dung môi sử dụng trong phương pháp phân tích đo quang xác
định nồng độ Curcumin trong dung dung dịch .............................................................. 58
Hình 20. Sai số của đường chuẩn trong phương pháp phân tích đo quang xác định
nồng độ Curcumin trong dung dịch ............................................................................... 59
Hình 21. Phổ UV của dung dịch Curcumin chuẩn dùng để xây dựng đường chuẩn ..... 60
Học viên: Lê Hoài Nga
9
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Hình 22. Đồ thị đường chuẩn trong phương pháp đo quang xác định nồng độ
Curcumin trong dung dịch ............................................................................................. 61
Hình 23. Sự thay đổi nồng độ Curcumin theo thời gian trong dung dịch kết tinh (dung
môi Etanol 75 % thể tích)............................................................................................... 63
Hình 24. Sự thay đổi nồng độ Curcumin theo thời gian trong dung dịch kết tinh (dung
môi Etanol 80 % thể tích)............................................................................................... 63
Hình 25. Sự thay đổi nồng độ Curcumin theo thời gian trong dung dịch kết tinh (dung
môi Etanol 85 % thể tích)............................................................................................... 64
Hình 26. Sự thay đổi nồng độ Curcumin theo thời gian trong dung dịch kết tinh (dung
môi Etanol 90 % thể tích)............................................................................................... 64
Hình 27. Sự thay đổi nồng độ Curcumin theo thời gian trong dung dịch kết tinh (dung
môi Etanol 94 % thể tích)............................................................................................... 65
Hình 28. Sự thay đổi nồng độ Curcumin của dung dịch bão hòa trong quá trình kết tinh
theo nồng độ dung môi Etanol ....................................................................................... 66
Hình 29. Sự thay đổi thời gian bão hòa của dung dịch kết tinh theo nồng độ dung môi
Etanol (C0 ≈ 18 mg/ml) .................................................................................................. 67
Hình 30. Sự thay đổi thời gian bão hòa của dung dịch kết tinh theo nồng độ dung môi
Etanol (C0 ≈ 21 mg/ml) .................................................................................................. 67
Hình 31. Kết quả so sánh thực nghiệm và mô hình của thí nghiệm TN1....................... 70
Hình 32. Kết quả so sánh thực nghiệm và mô hình của thí nghiệm TN2....................... 71
Hình 33. Kết quả so sánh thực nghiệm và mô hình của thí nghiệm TN3....................... 73
Hình 34. Kết quả so sánh thực nghiệm và mô hình của thí nghiệm TN4....................... 73
Hình 35. Kết quả so sánh thực nghiệm và mô hình của thí nghiệm TN5....................... 75
Hình 36. Kết quả so sánh thực nghiệm và mô hình của thí nghiệm TN6....................... 75
Hình 37. Kết quả so sánh thực nghiệm và mô hình của thí nghiệm TN7....................... 77
Hình 38. Kết quả so sánh thực nghiệm và mô hình của thí nghiệm TN8....................... 78
Hình 39. Kết quả so sánh thực nghiệm và mô hình của thí nghiệm TN9....................... 80
Hình 40. Kết quả so sánh thực nghiệm và mô hình của thí nghiệm TN10..................... 80
Học viên: Lê Hoài Nga
10
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ và xã hội, nhu cầu
chăm sóc sức khoẻ của con người ngày càng được chú trọng. Do đó, từ các nguyên liệu
sẵn có trong tự nhiên, các nhà khoa học đã tiến hành tìm kiếm và nghiên cứu các loài
thực vật có hoạt tính sinh học cao phục vụ cho y dược. Một trong số các các loài thảo
dược thu hút nhiều sự chú ý là nghệ vàng (Curcuma longa Linn).
Curcumin là hoạt chất chính của nghệ vàng, được phát hiện đầu tiên vào năm
1842, đã được công nhận có độ tinh khiết cao, không chứa tác nhân độc hại. Bên cạnh
các tác dụng trong chữa trị các bệnh ngoài da, tiêu hóa và tim mạch, Curcumin còn
được biết đến là chất huỷ diệt ung thư vào loại mạnh nhất và là chất có triển vọng được
sử dụng trong điều trị HIV-AIDS giá rẻ. Ngày nay, Curcumin được sử dụng rộng rãi
trong công nghệ dược phẩm và sản xuất sản phẩm chức năng.
Curcumin được rất nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu để tìm ra công
nghệ tách chiết và tinh chế. Nhiều thành tựu trên thế giới đã công bố tác dụng nổi bật
của Curcumin cũng như các phương pháp chiết xuất và tinh chế một cách hiệu quả, sản
phẩm có chứa Curcumin đã được bán rất nhiều nhưng với giá thành khá cao.
Ở Việt Nam, sản xuất thuốc chưa phát triển và vẫn thường xuyên phải nhập từ
nước ngoài. Hơn nữa ở nước ta tỷ lệ người mắc ung thư ngày càng tăng, nhưng do chi
phí điều trị tốn kém và thời gian điều trị kéo dài nên không phải bệnh nhân nào cũng có
đủ điều kiện để chữa trị. Trước tình hình đó, các nhà khoa học Việt Nam đã nghiên cứu
tách chiết các hợp chất thiên nhiên để ứng dụng trong chữa trị, trong đó đã nghiên cứu
tách chiết Curcumin từ cây nghệ vàng – loài cây mọc phổ biến ở nước ta.
Quy trình sản xuất Curcumin bao gồm 3 quá trình chính: Trích ly, Cô đặc và
Tinh chế. Trong đó, quá trình Trích ly quyết định đến năng suất sản phẩm, quá trình
Tinh chế đóng vai trò quyết định đến thời gian toàn bộ quy trình sản xuất cũng như
chất lượng sản phẩm.
Học viên: Lê Hoài Nga
11
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Bắt đầu với dự án VLIR-HUT AP07/Prj03/Nr04 (2007), nhóm nghiên cứu đã
nghiên cứu thành công quá trình Trích ly, đưa ra được phương pháp trích ly thích hợp
(phương pháp trích ly có sự trợ giúp của sóng siêu âm), xây dựng và kiểm chứng mô
hình toán học cho phép khảo sát lượng sản phẩm thu được theo thời gian và đề xuất
phương pháp nghiên cứu chuyển quy mô dựa trên mô hình.
Luận văn này nghiên cứu hai quá trình còn lại trong quy trình sản xuất
Curcumin, trong đó đặc biệt tập trung nghiên cứu công đoạn kết tinh trong quá trình
tinh chế, là một công đoạn đặc biệt quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm và
là cơ sở cho mục đích chuyển quy mô. Do vậy nhiệm vụ đặt ra của luận văn là nghiên
cứu lý thuyết để thiết lập mô hình động học quá trình kết tinh và nghiên cứu thực
nghiệm quá trình tinh chế Curcumin từ Nghệ vàng có nguồn gốc từ vùng Vôi Chũ Bắc Giang để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung môi trong dung dịch kết tinh đến
thời gian kết tinh và hiệu suất sản phẩm cũng như kiểm chứng độ chính xác của mô
hình.
Học viên: Lê Hoài Nga
12
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Chương 1 1.1.
TỔNG QUAN
TỔNG QUAN VỀ NGHỆ VÀ CURCUMIN
1.1.1. Vài nét chung về nghệ [24]
1.1.1.1. Đặc điểm thực vật
Chi Nghệ (danh pháp khoa học: Curcuma) là một chi trong họ thực vật
Zingiberaceae (họ Gừng) chứa các loài như Nghệ và Nga truật hay Uất kim hương
Thái Lan.
Giới
: Plantae
Bộ
: Gingiberales
Họ
: Gingiberaceae
Phân họ: Gingiberoideae
Tông
: Gingibereae
Chi
: Curcuma L.
Hình 1. Chi nghệ
Trước đây, người ta dựa vào đặc điểm hình thái thực vật để phân biệt các loài
nghệ. Ngày nay, ngoài đặc điểm thực vật, có thể dựa vào thành phần hóa học để giúp
phân biệt các loài nghệ.
Ở Việt Nam có khoảng 18 loài nghệ. Nhiều loài nghệ trong số này đã được
nghiên cứu. Một số loài tuy có tên trong sách phân loại nhưng hiện không tìm thấy,
ngược lại một số loài nghệ khác được tìm thấy nhưng chưa được định danh.
Học viên: Lê Hoài Nga
13
LUẬN VĂN THẠC SỸ
Ỹ KHOA HỌC
ngh phổ biến ở Việt Nam và đượcc dân gian dùng làm thu
thuốc là
Một số loài nghệ
Curcuma longa Linn (Nghệ vàng), Curcuma aeruginosa (Nghệ
(Ngh xanh, Nghệ đen),
Curcuma aromatica Salisb (Nghệ trắng)…
1.1.1.2. Nghệ vàng và công dụng
d
[2, 24]
Các đặcc tính của
c nghệ vàng
a.
Hình 2. Hình ảnh cây và củ nghệ vàng
Nghệ vàng có ttên khoa học là Curcuma longa L. Thân
hân rễ
r cây gọi là khương
hoàng, củ rễ gọi là uấtt kim. Nghệ vàng có nguồn gốc ở Ấn Độ.
Nghệ vàng làà cây thảo
th sống lâu năm, cao khoảng 1m, thân rễ
r phát triển phình
rộng thành củ hình khốối, trên đó sinh ra nhiều rễ trụ, rễ to. Rễ củ
c có hình trụ, dài 2 ÷ 5
cm, đường kính 1 ÷ 3 cm, m
mặt ngoài màu nâu vàng nhạt, nhăn
ăn nheo có nh
những đường
xít nhau, đôi khi còn
òn lại
l vết tích của nhánh và rễ phụ. Cắtt ngang củ
c nghệ thấy rõ hai
vùng: vỏ ở ngoài màu vàng nhạt
nh hơn và trụ ở giữaa màu màu vàng ssẫm hơn chiếm 2/3
bán kính. Mùi thơm hắắc, đặc biệt có vị cay. Lá hình trái xoan thon nhọn
nh ở hai đầu, hai
mặt đều nhẵn dài tớii 45 cm, rộng
r
tới 18 cm, lá mọc so le, có bẹ.
b Hoa màu vàng xếp
thành bông trên ngọn.
n. Quả
Qu hình cầu có 3 ô.
Ở Việtt Nam, ngh
nghệ vàng được trồng và phát triển tốt ở nhiều nơi, đặc biệt ở
Hưng Yên và Bắcc Giang.
Thành phầnn hoá học
h của củ nghệ vàng:
-
Chất màu Curcumin là tinh thể nâu đỏ ánh tím chiếm 3 ÷ 5%;
Học viên:: Lê Hoài Nga
14
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
-
Tinh dầu có mùi thơm chiếm 4 ÷ 6% (ở nghệ tươi là 2,24%), thành phần gồm
25% carbur terpenic, zingiberen và 65% ceton sesquiterpenic, các chất
turmeron, arturmeron;
-
Tinh bột, canxi oxalat, chất béo…
Ứng dụng của nghệ vàng
b.
Trong thực phẩm [24]
-
Bột nghệ được dùng làm gia vị như bột cari;
-
Màu vàng của nghệ là chất màu thiên nhiên được Dược điển công nhận với mã
số E.100 để nhuộm màu dược phẩm thay thế dần những chất màu tổng hợp như
tartrazine E.102.
Trong mỹ phẩm [16, 24]
Nghệ vàng giúp vết thương mau liền sẹo, sẹo không bị thâm. Ngoài ra, kết hợp
nghệ và dầu vừng cũng được dùng điều trị nhanh khi mới bị bỏng nhẹ, giúp giảm phù
nề, xung huyết quanh vết bỏng, giúp vết bỏng không lan rộng, chóng khô và liền sẹo.
Trên thị trường hiện nay nghệ thường được sử dụng kết hợp với vitamin A, E
trong việc sản xuất các loại mỹ phẩm làm đẹp da và tóc dành cho phụ nữ.
Trong y dược [2]
Từ xa xưa, nghệ đã được dân gian biết đến với tác dụng tích cực trong việc bồi
bổ và chữa bệnh. Theo y học cổ truyển, nghệ có vị đắng, cay, mùi thơm hắc, tính ấm,
có tác dụng hành khí, phá ứ huyết, lương huyết, thông kinh lạc, có tác dụng hàn gắn vết
thương.
Trong lâm sàng, nghệ thường được dùng để chữa đau dạ dày, viêm mật vàng da,
huyết ứ, đầy bụng, tức ngực khó thở, cánh tay tê đau, phụ nữ bế kinh hoặc kinh không
đều, sau khi đẻ huyết không ra được gây đau bụng.
Học viên: Lê Hoài Nga
15
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
1.1.2. Hoạt chất Curcumin
1.1.2.1.
Công thức cấu tạo [18, 24]
Curcumin có công thức phân tử là C21H20O6.
Trong tự nhiên Curcumin tồn tại dưới ba dạng (I, II, III).
HO
OH
CH=CH-C-CH2-C-CH=CH
X
O
O
Y
Hình 3. Công thức cấu tạo của Curcumin
Curcumin I: 1, 7-Bis-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-hepta-1, 6-dien-3, 5-dione;
với X ≡ Y ≡ OCH3;
Curcumin II: 1-(4-hydroxyphenyl)-7-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-hepta-1, 6dien-3, 5-dione; với X ≡ OCH3, Y ≡ H;
Curcumin III: 1, 7-Bis(4-hydroxyphenyl)-hepta-1, 6-dien-3, 5-dione; với X ≡ Y
≡ H.
Curcumin là một hợp chất diphenyl nối với một heptadien dixeton mạch thẳng,
có tính axit nhẹ, pKa thấp nhất là 7,9. Công thức cấu tạo của Curcumin cho thấy nó có
thể tham gia một số phản ứng đặc trưng của olefin, cacbonyl, phenol.
1.1.2.2.
Một số thông số hóa lý của Curcumin [3, 18, 24]
Curcumin chiếm từ 3 ÷ 5% trong nghệ khô. Là tinh thể màu nâu đỏ ánh kim,
phân huỷ ở nhiệt độ trên 60oC, nóng chảy ở 183,20C. Curcumin không tan trong nước,
tan trong dung môi phân cực thấp như: Metanol, Etanol, Axetonnitril, Clorofoc. Dung
dịch có huỳnh quang màu xanh lục, tan trong axit có màu đỏ tươi, tan trong kiềm màu
đỏ máu rồi dần chuyển sang tím, tan trong chất béo.
Tính tan của Curcumin trong một số dung môi được thể hiện ở Bảng 1 [3, 24].
Học viên: Lê Hoài Nga
16
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Bảng 1. Bảng tính tan của Curcumin trong một số dung môi
1.1.2.3.
Dung môi
Tính tan
Ghi chú
Nước
-
Không tan
Metanol
+
Ít tan, tan nhiều ở nhiệt độ cao
Etanol
+
Ít tan, tan nhiều ở nhiệt độ cao
NaOH (1%)
+
Tan
Aceton
+
Dễ tan
Dung dịch axit
-
Không tan
Ứng dụng của Curcumin
Curcumin là hoạt chất chính của nghệ vàng, được công nhận là có độ tinh khiết
cao, không chứa tác nhân độc hại.
Ứng dụng của Curcumin trong điều trị ung thư [2, 12, 13, 18, 21, 29, 33, 34]
Curcumin là chất huỷ diệt ung thư vào loại mạnh nhất theo cơ chế huỷ diệt bước
các tế bào ác tính. Curcumin làm vô hiệu hoá tế bào ung thư và ngăn chặn hình thành
các tế bào ung thư mới mà không ảnh hưởng đến các tế bào lành tính bên cạnh. Trong
khi đó nhiều thuốc khác khi diệt tế bào ác tính cũng diệt cả tế bào lành, làm cơ thể suy
kiệt, chán ăn, rụng tóc, buồn nôn, thậm chí nhiều bệnh nhân tử vong trước khi bệnh
tiến triển tốt.
Curcumin có hiệu quả lớn trong việc điều trị ung thư nhiếp hộ tuyến: Kết quả
thử nghiệm cho thấy Curcumin vừa giảm biểu hiện MMP-2 và MMP-9, vừa kìm hãm
khả năng lan truyền MMP-2 và MMP-9 trong ống nghiệm (in vitro). Curcumin giảm
thể tích u bướu, giảm hoạt động MMP-2 và MMP-9 trong u bướu. Những vòng nhỏ
ung thư di căn trong thử nghiệm sống cũng giảm thiểu trong trường hợp dùng
Curcumin so với trường hợp không dùng Curcumin. Curcumin có khả năng phòng
ngừa ung thư tiến triển, ít nhất trong giai đoạn đầu ung thư nhiếp hộ tuyến di căn.
Học viên: Lê Hoài Nga
17
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Đã thử nghiệm hoạt tính vi sinh vật kiểm định, kết quả cho thấy hầu hết các
phức của Curcumin với kim loại đều có hoạt tính kháng khuẩn mạnh hơn hoặc bằng
Curcumin nguyên chất. Curcumin-Sn có hoạt tính kháng khuẩn trên 7 chủng vi khuẩn:
E.coli, P.aeruginosa, B.subtillis, S.aureus, F.oxysporum, C.albicans, S.cerevisiae.
Curcumin-Zn có hoạt tính kháng khuẩn trên 6 chủng vi khuẩn: E.coli, P.aeruginosa,
B.subtillis, S.aureus, C.albicans, S.cerevisiae. Curcumin-Mg cũng có hoạt tính kháng
khuẩn trên 6 chủng vi khuẩn: E.coli, P.aeruginos, F.oxysporum, C.albicans,
S.cerevisiae. Curcumin-Cu có hoạt tính kháng khuẩn trên 4 chủng vi khuẩn, bằng hoạt
tính kháng khuẩn của Curcumin: E.coli, P.aeruginos, S.aureus, C.albicans, S.cerevisiae.
Chỉ riêng phức Curcumin-Ca có hoạt tính kháng khuẩn thấp nhất, trên 2 chủng vi
khuẩn: P.aeruginosa, C.albicans.
Đã thử nghiệm hoạt tính gây độc tố tế bào, tất cả các phức Curcumin-kim loại
tổng hợp được đều có hoạt tính kháng mạnh hai dòng tế bào ung thư gan người Hep-2
và tế bào ung thư màng tim người RD.
Ứng dụng của Curcumin trong điều trị HIV-AIDS [15, 19, 20, 30]
Trong “Thông tin mới điều trị AIDS”, tác giả John S.Jame đã ghi nhận rằng tại
Trinidad có 40% dân số người gốc Ấn, kế thừa thói quen của người Ấn Độ, trong ăn
uống hằng ngày có dùng cà ri. Bên cạnh đó, có 40% dân số người gốc Phi rất ít dùng cà
ri. Nghiên cứu đối chứng với AIDS tại Trinidad cho thấy tỉ lệ người gốc Phi mắc AIDS
cao hơn gấp 10 lần so với người gốc Ấn có ăn cà ri. Đó là do Curcumin có khả năng
"chặt đứt" một trong các mắt xích của quá trình nhiễm HIV.
Ngoài ra, Curcumin còn có rất nhiều ứng dụng hiệu quả khác:
-
Curcumin là chất chống oxy hoá [2, 12, 13], mạnh gấp 300 lần Vitamin E, có
khả năng kháng nấm, kháng khuẩn rất cao [21], được sử dụng như một corticoid
trong điều trị bệnh mà không sợ gây loãng xương, không gây loét dạ dày;
-
Curcumin hỗ trợ bệnh nhân tim mạch [2, 28];
Học viên: Lê Hoài Nga
18
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
-
Curcumin bảo vệ gan, mật và dạ dày, giúp điều trị viêm gan B, C [2, 12, 13],
làm tăng hồng cầu, hạ mỡ máu [20];
-
Curcumin giúp bảo vệ tế bào thần kinh, được sử dụng trong điều trị bệnh
Alzheimer [21];
-
Curcumin được sử dụng trong sản xuất mỹ phẩm, xóa bỏ trứng cá, giúp chóng
mọc tóc và giảm rụng tóc [20];
-
Các hợp chất phức Curcumin – kim loại làm màu thực phẩm an toàn [7, 16, 24].
1.2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT VÀ TINH CHẾ CURCUMIN TỪ NGHỆ VÀNG
Theo [3, 32], quy trình sản xuất Curcumin bao gồm 3 quá trình chính: Trích ly,
Cô đặc và Tinh chế.
Củ nghệ vàng
(xử lý sơ bộ nguyên liệu đầu)
Bột nghệ
Trích ly rắn - lỏng
Bã
Dịch trích loãng
Cô đặc
Hơi thứ
Dịch đặc
Tinh chế
Tinh thể ướt
Sấy
Sản phẩm
Hình 4. Quy trình tách chiết Curcumin từ nghệ
Học viên: Lê Hoài Nga
19
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
1.2.1. Quá trình trích ly
Quá trình Trích ly có ý nghĩa to lớn trong quy trình sản xuất Curcumin bởi nó
quyết định năng suất sản phẩm.
1.2.1.1. Trích ly rắn – lỏng [1, 4]
Trích ly là quá trình tách một hoặc một số chất tan trong chất lỏng hay trong
chất rắn bằng một chất lỏng khác - gọi là dung môi. Nếu quá trình tách chất hòa tan
trong chất lỏng bằng một chất lỏng khác thì được gọi là trích ly lỏng - lỏng. Nếu quá
trình tách chất hòa tan trong chất rắn bằng một chất lỏng thì gọi là trích ly rắn - lỏng.
Quá trình trích ly được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều nghành công nghiệp,
đặc biệt là công nghiệp hóa chất và thực phẩm với mục đích:
-
Tách các cấu tử quý;
-
Thu được dung dịch có nồng độ đậm đặc (đối với trích ly lỏng - lỏng);
-
Cũng giống như chưng luyện, trích ly là một phương pháp chủ yếu để phân tách
một hỗn hợp đồng nhất thành các cấu tử thành phần.
Trong nghệ vàng, Curcumin là hoạt chất có nhiều ứng dụng quan trọng trong y,
dược, mỹ phẩm và thực phẩm chức năng. Do đó, các nhà khoa học đã tìm nhiều
phương pháp trích ly để tách hợp chất này khỏi nghệ. Tuy nhiên, do hàm lượng thấp
nên việc tìm ra phương pháp trích ly hiệu quả là rất quan trọng.
1.2.1.2. Lựa chọn phương pháp trích ly
Có nhiều phương pháp trích ly Curcumin từ nghệ như:
-
Trích ly pha rắn ở trạng thái tĩnh, trích ly Soxhlet (PP1) [3, 32];
-
Trích ly thông thường có khuấy trộn và gia nhiệt (PP2) [3];
-
Trích ly với sự trợ giúp của sóng siêu âm (PP3) [5, 31];
-
Trích ly bằng CO2 siêu tới hạn (PP4) [31].
Đánh giá hiệu quả các phương pháp có bảng sau:
Học viên: Lê Hoài Nga
20
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Bảng 2. Hiệu quả các phương pháp trích ly Curcumin từ nghệ
PP1
PP2
PP3
PP4
Dung môi
Etanol
Etanol
Etanol
Etanol có nạp
CO2
Điều kiện
T0
=50 – 700C
T0
= 50 - 700C
T0 thường
T0 = 500C
P = 250 bar
Thời gian
8 – 10 giờ
8 – 10 giờ
≤ 15 phút
Hàng giờ
Hiệu suất
Không cao
Không cao
Rất cao
Rất cao
Kết quả khảo sát tại một số cơ sở sản xuất trong nước cũng cho thấy quá trình
trích ly Curcumin theo các PP1, PP2 phải kéo dài nhiều giờ, lượng Curcumin trích ly
được nhỏ hơn 1% với dung môi etanol và nhỏ hơn 2% với dung môi metanol.
Đã có một số hướng nghiên cứu như:
-
Tăng nhiệt độ trích ly, rút ngắn thời gian, tuy nhiên lượng Curcumin bị phân
huỷ mạnh;
-
Tiến hành trích ly nhiều bậc có thể thu triệt để lượng Curcumin, tăng hiệu suất
trích ly nhưng cũng tăng thời gian và hàm lượng tạp chất (đặc biệt là tinh dầu)
lên nhiều lần;
-
Tiến hành trích ly Curcumin với các dung môi khác nhau như natri butyl mono
glycol sunfat, natri salicylat … cho phép trích ly Curcumin khá triệt để với độ
chọn lọc cao. Tuy nhiên quá trình trích ly vẫn mất nhiều thời gian, các loại dung
môi trên không phổ biến, chi phí cao và có tính độc không thật sự phù hợp với
quá trình trích ly các chất phục vụ công nghiệp dược và thực phẩm;
-
Tiến hành trích ly Curcumin với sự trợ giúp của sóng siêu âm bởi phương pháp
này có nhiều ưu điểm [5, 6, 34]:
Học viên: Lê Hoài Nga
21
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
+ Sử dụng trích ly siêu âm không những không làm giảm hiệu suất trích ly so
với phương pháp trích ly có khuấy trộn và gia nhiệt, mà còn giảm hơn 90 % thời gian
trích ly;
+ Sử dụng trích ly siêu âm không cần tiến hành gia nhiệt, dẫn tới giảm được
đáng kể chi phí cũng như làm giảm được lượng Curcumin phân hủy do nhiệt độ;
+ Sử dụng trích ly siêu âm cho độ chọn lọc cao của sản phẩm ngay cả với dung
môi rẻ tiền và phổ biến là Etanol công nghiệp.
Như vậy, nhóm nghiên cứu quyết định lựa chọn phương pháp trích ly với sự trợ
giúp của sóng siêu âm bởi các ưu điểm đã kể trên.
1.2.1.3. Lựa chọn dung môi
Để trích ly Curcumin từ bột nghệ, có thể sử dụng các dung môi như Metanol,
Etanol, Axeton, Metyl etyl keton, Isopropanol, Axit axetic, Etyl axetat, Diclo metan,
hoặc hỗn hợp của các hợp chất trên [3, 21, 24, 32]. Dựa trên tính chất hóa lý của
Curcumin và điều kiện ở Việt Nam, lựa chọn dung môi trích ly Curcumin từ củ nghệ
vàng là Etanol công nghiệp (≈ 95 % thể tích) [3, 9] với những ưu điểm:
-
Curcumin tan hoàn toàn trong Etanol;
-
Etanol có nồng độ ≥ 20 % có khả năng bảo quản, ngăn cản vi khuẩn, nấm mốc
phát triển;
-
Nhiệt độ sôi thấp nên khi cô đặc dịch trích, hoạt chất ít bị phân hủy.
Mặt khác, như đã nêu ở trên, sử dụng trích ly siêu âm cho độ chọn lọc cao của
sản phẩm ngay cả với dung môi rẻ tiền và phổ biến là Etanol công nghiệp.
Như vậy, từ các kết quả tham khảo và nghiên cứu thực nghiệm của nhóm,
quyết định lựa chọn trích ly Curcumin có sự trợ giúp của sóng siêu âm, sử dụng dung
môi Etanol công nghiệp (≈ 95 % thể tích).
Học viên: Lê Hoài Nga
22
