Ứng dụng enzyme cellulase hỗ trợ chiết tách curcumin từ củ nghệ vàng curcuma longa l

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

––––––––

NGUYỄN THỊ YẾN

ỨNG DỤNG ENZYME CELLULASE HỖ TRỢ
CHIẾT TÁCH CURCUMIN TỪ CỦ NGHỆ VÀNG
CURCUMA LONGA L.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
(Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học)

Nha Trang – 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

––––––––

NGUYỄN THỊ YẾN

ỨNG DỤNG ENZYME CELLULASE HỖ TRỢ
CHIẾT TÁCH CURCUMIN TỪ CỦ NGHỆ VÀNG
CURCUMA LONGA L.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
(Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. Phan Vĩnh Thịnh

Nha Trang – 2017


i
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Cô bộ môn Công nghệ Kĩ thuật
Hóa học- Khoa Công nghệ Thực phẩm trường Đại học Nha Trang đã quan tâm, dạy
dỗ, chỉ bảo trong bốn năm học tại trường.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Thầy Phan Vĩnh Thịnh đã
hướng dẫn tận tình trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Xin cảm ơn Phòng thí nghiệm hóa học trường Đại học Nha Trang đã hỗ trợ dụng
cụ, máy móc thiết bị và cảm ơn Thầy cô phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện thuận lợi
cho em trong suốt quá trình tiến hành thí nghiệm.
Em xin cảm ơn gia đình và người thân, các bạn lớp 55CNHH đã luôn bên cạnh
giúp đỡ, động viên trong thời gian làm thí nghiệm tại trường.
Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên, đề
tài này không thể tránh được những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo,
đóng góp ý kiến của các thầy cô để luận văn được hoàn chỉnh hơn.
Em xin kính chúc quý thầy cô trường Đại học Nha Trang lời chúc sức khỏe,
thành công trên con đường giảng dạy.

Nha Trang, ngày 5 tháng 7 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Yến


ii
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
‑‑‑‑‑‑̵‐
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Nha Trang, ngày tháng năm 2017

Cán bộ hướng dẫn

iii
MỤC LỤC
CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .........................................................................................3
1.1. Giới thiệu về cây nghệ vàng..................................................................................3
1.1.1. Nguồn gốc, phân bố ........................................................................................3
1.1.2. Phân loại .........................................................................................................3
1.1.3. Đặc điểm .........................................................................................................4
1.1.4. Sinh trưởng .....................................................................................................4
1.1.5. Thành phần hóa học của củ nghệ ....................................................................4
1.2. Giới thiệu về curcuminoids ...................................................................................5
1.2.1. Cấu trúc hóa học của curcuminoids ................................................................ 5
1.2.2. Một số tính chất vật lý và hóa học của curcumin ...........................................7
1.2.3. Hoạt tính sinh học của curcumin ....................................................................9
1.2.3.1. Hoạt tính chống ung thư ...........................................................................9
1.2.3.2. Hoạt tính chống oxy hóa ........................................................................10
1.2.3.3. Hoạt tính kháng viêm .............................................................................11
1.2.3.4. Hoạt tính kháng virus, vi khuẩn, nấm và kí sinh trùng .......................... 11
1.3. Ứng dụng của curcumin ......................................................................................12
1.3.1. Ứng dụng trong thực phẩm ...........................................................................12
1.3.2. Ứng dụng trong dược phẩm và mỹ phẩm .....................................................12
1.4. Các phương pháp tách chiết ................................................................................13
1.4.1. Cơ sở của quá trình tách chiết.......................................................................13
1.4.2. Các phương pháp tách chiết..........................................................................13
1.5. Sử dụng enzyme trong hỗ trợ chiết tách các hoạt chất sinh học từ thực vật .......16
1.5.1. Các kết quả gần đây ......................................................................................16
1.5.2. Ứng dụng enzyme trong hỗ trợ chiết tách curcumin từ củ nghệ ..................17

1.5.3. Enzyme Cellulase ......................................................................................... 19
1.5.3.1. Cấu trúc ..................................................................................................19
1.5.3.2. Tính chất .................................................................................................20


iv
1.5.3.3. Nguồn gốc .............................................................................................. 20
1.5.3.4. Cơ chế xúc tác ........................................................................................ 20
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................22
2.1. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................... 22
2.2. Thiết bị - dụng cụ và hóa chất .............................................................................22
2.2.1. Thiết bị - dụng cụ .......................................................................................... 22
2.2.2. Hóa chất ........................................................................................................22
2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm........................................................................................ 23
2.4. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................26
2.4.1. Hàm lượng nước của củ nghệ và độ ẩm của mẫu nghệ nguyên liệu ............26
2.4.2. Hàm lượng tro của củ nghệ...........................................................................26
2.4.3. Phương pháp xác định hàm lượng curcuminoids tổng số............................. 27
2.4.4. Phương pháp xác định hàm lượng carotenoid tổng số .................................27
2.4.5. Phương pháp xác định hiệu suất thu chiết xuất thô ......................................27
2.4.6. Phương pháp phân lập 3 thành phần của curcuminoids bằng sắc kí bản mỏng
................................................................................................................................ 28
2.4.7. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm .......................................................28
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................. 29
3.1. Độ ẩm, hàm lượng tro của nguyên liệu ............................................................... 29
3.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch enzyme lên curcuminoids tổng số ..............29
3.3. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme lên curcuminoids tổng số ....................31
3.4. Hiệu suất thu bột chiết curcuminoids thô............................................................ 32
3.5. Kết tinh curcumin bằng ethanol 96% ..................................................................33
3.6. Hàm lượng carotenoid tổng số ............................................................................33

3.7. Sắc kí bản mỏng TLC ......................................................................................... 34
3.8. Sắc kí lỏng hiệu năng cao HPLC ........................................................................35
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................37
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 38
PHỤ LỤC .....................................................................................................................41


v
CÁC TỪ VIẾT TẮT
Cur

: Curcumin

DMC

: Demethoxycurcumin

BDMC

: Bisdemethoxycurcumin

HPLC

: Sắc kí lỏng hiệu năng cao (High-performance liquid chromatography)

TLC

: Sắc kí bản mỏng (Thin layer chromatography)

THC

: Tetrahydrocurcumin

CMC

: Carboxymethyl cellulose

HEC

: Hydroxyethyl cellulose

HAT

: H- atom transfer

TLK

: Trọng lượng khô

EtOH

: ethanol

AcEt

: Ethylacetat


vi
DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Cây nghệ vàng .................................................................................................3
Hình 1.2: Một số loài nghệ .............................................................................................. 4
Hình 1.3: Cấu trúc hóa học chung của curcuminoids......................................................6
Hình 1.4: Các hợp chất curcuminoids .............................................................................6
Hình 1.5: Các đồng phân của curcumin: (1) s-cis-diketone; (2) s-trans-diketone; (3) enol
.........................................................................................................................................7
Hình 1.6: Phản ứng của curcuminoid với gốc tự do ........................................................8
Hình 1.7: Phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng ............................................................. 8
Hình 1.8: Phản ứng tạo phức với kim loại ......................................................................9
Hình 1.9: Quá trình hình thành và di căn khối u và tác động của curcumin. ................10
Hình 1.10: Chất màu bột nghệ .......................................................................................12
Hình 1.11: Thuốc có thành phần curcumin ...................................................................13
Hình 1.12: Enzyme Cellulase ........................................................................................ 19
Hình 1.13: Quá trình phân giải Cellulose bằng enzyme Cellulase ................................ 21
Hình 2.1: Củ nghệ vàng .................................................................................................22
Hình 2.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ..................................................................................23
Hình 3.1: Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch enzyme lên curcuminoids tổng số ........30
Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme lên curcuminoids tổng số ...............32
Hình 3.3: Hình ảnh sắc kí bản mỏng của mẫu dịch chiết curcuminoids từ củ nghệ vàng
.......................................................................................................................................34
Hình 3.4: Sắc ký đồ HPLC của dung dịch curcumin chuẩn ..........................................35
Hình 3.5: Sắc ký đồ HPLC của mẫu dịch chiết từ củ nghệ vàng ..................................36


vii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của củ nghệ vàng khô .................................................... 5
Bảng 1.2: Cấu trúc các thành phần của curcuminod [7] ................................................. 6
Bảng 1.3: Tổng hợp các quy trình sử dụng enzyme cho quá trình tiền xử lý bột nghệ 17
Bảng 3.1: Độ ẩm, hàm lượng tro (khoáng) của nguyên liệu ......................................... 29

Bảng 3.2: Hàm lượng curcuminoids tổng số ở các nồng độ dung dịch enzyme khác nhau
....................................................................................................................................... 29
Bảng 3.3: Hàm lượng curcuminoids tổng số ở các thời gian lắc khác nhau ................. 31
Bảng 3.4: Hiệu suất thu bột chiết curcuminoids ở các nồng độ dung dịch enzyme khác
nhau ............................................................................................................................... 32
Bảng 3.5: Hiệu suất thu bột chiết curcuminoids ở các mức thời gian lắc (ủ) khác
nhau ............................................................................................................................... 33
Bảng 3.6: Khối lượng curcumin thu được sau khi kết tinh ........................................... 33
Bảng 3.7: Hàm lượng carotenoid tổng số ...................................................................... 33
Bảng 3.8: Bảng tính hệ số di chuyển Rf ........................................................................ 34


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Từ xa xưa, ở các nước Ấn Độ, Trung Quốc và Đông Nam Á, cây nghệ vàng
(Curcuma longa L.) đã được sử dụng để chữa bệnh, làm gia vị, chất bảo quản và màu
thực phẩm. Trong thành phần củ nghệ, curcumin là hoạt chất chính, đồng thời curcumin
tạo nên màu vàng đặc trưng của củ nghệ.
Với điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, lượng mưa lớn như ở Việt Nam, nghệ
được trồng khắp cả nước, đặc biệt ở các tỉnh như Đắk Lắk, Đắk Nông, Bình Định, Quảng
Nam, Nghệ An… Nghệ phát triển tốt và cho sản lượng nghệ củ rất cao. Do vậy, có thể
nói Việt Nam có một nguổn nguyên liệu dồi dào để sản xuất curcumin ứng dụng làm
nguyên liệu sản xuất các chế phẩm có giá trị cao trong các ngành công nghiệp thực
phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm.
Nhiều công trình nghiên cứu thử nghiệm ở các nước phát triển trên thế giới đã
khẳng định curcumin có tác dụng hủy diệt tế bào ung thư vào loại mạnh. Tại Mỹ và một
số nước người ta đã tiến hành lâm sàng dùng curcumin điều trị ung thư và đưa ra kết
luận: curcumin có thể kìm hãm sự phát triển của các tế bào ung thư da, vòm họng, dạ
dày… Ngoài ra, curcumin còn là chất bổ dạ dày, gan, có tác dụng lọc máu, trị vết thương,

chống dị ứng, nấm và vi khuẩn. Nghiên cứu được tài trợ bởi BBSRC và Unilever cho
thấy, curcumin có khả năng bảo vệ chống lại quá trình lão hóa do stress và giảm 8% tổn
thương các tế bào da do tia cực tím UVA. Curcumin giúp da phục hồi nhanh chóng,
thậm chí có thể giúp giải quyết các vấn đề về da, chẳng hạn như rối loạn sắc tố da.
Việc nghiên cứu phương pháp tách chiết curcumin với hiệu suất và chất lượng
cao từ củ nghệ vì thế là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng cả về mặt khoa
học lẫn ứng dụng thực tiễn trong sức khỏe đời sống. Các nghiên cứu cho tới nay đã áp
dụng cả công nghệ truyền thống là trích ly rắn – lỏng thông thường (có hoặc không có
khuấy trộn), trích ly soxhlet, lẫn công nghệ hiện đại là trích ly CO2 siêu tới hạn. Tuy
nhiên do hàm lượng curcumin trong củ nghệ nhỏ và khả năng hòa tan trong các dung
môi thông dụng thấp nên hàm lượng cucurmin chiết ra thấp…. Một số nhược điểm vẫn
còn tồn tại như dung môi hữu cơ tiêu thụ lớn, và hiệu quả thấp.
Để khắc phục những hạn chế trên, đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng enzyme vào
quá trình tiền xử lý bột nghệ, kết quả cho thấy việc ứng dụng enzyme hỗ trợ chiết tách


2
đem lại hiệu suất thu hồi curcumin cao hơn quá trình trích ly không có sự hỗ trợ của
enzyme, đồng thời tiết kiệm được đáng kể dung môi sử dụng và thời gian xử lý.
Do đó, tôi chọn đề tài: “Ứng dụng enzyme Cellulase hỗ trợ chiết tách curcumin
từ củ nghệ vàng curcuma longa L.”.
2. Mục tiêu
Tối ưu hóa các quá trình enzyme hỗ trợ chiết tách curcumin từ củ nghệ Curcuma longa
3. Nội dung nghiên cứu
 Tiền xử lý bột nghệ nguyên liệu bằng enzyme cellulase.
 Thu nhận curcumin từ bột nghệ nguyên liệu đã xử lý bằng chiết Soxhlet.
 Đánh giá một số đặc tính của dịch chiết: hàm lượng curcuminoidss tổng số, hiệu
suất thu bột chiết thô, thành phần các curcuminoidss.
 Xác định các điều kiện tối ưu để xử lý nguyên liệu bằng enzyme.
4. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp xác định độ ẩm, hàm lượng tro của nguyên liệu.
Phương pháp xác định hàm lượng curcuminoids tổng số.
Phương pháp xác định hàm lượng carotenoid tổng số.
Phương pháp xác định khối lượng chiết xuất thô.
Phương pháp phân lập ba thành phần của curcuminoids bằng sắc kí bản mỏng (TLC).
5. Đối tượng nghiên cứu
Củ nghệ vàng (Curcuma longa L.) được thu mua có nguồn gốc từ Đắk Lắk.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Ứng dụng enzyme cellulase vào quá trình xử lý bột nghê, thu
nhận curcumin từ củ nghệ. Tối ưu hóa các điều kiện tối xử lý nguyên liệu nghệ bằng
enzyme.
Ý nghĩa thực tiễn: Curcumin được thu nhận có thể được ứng dụng trong thực phẩm,
mỹ phẩm, như kem dưỡng da, kem trị mụn.


3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về cây nghệ vàng
1.1.1. Nguồn gốc, phân bố
Nghệ vàng (Curcuma longa L.) là một chi thuộc họ Gừng (Zingiberaceae) [1].
Curcuma là tên Latin xuất phát từ từ “Kourkoum”, một từ mang gốc Ả Rập nghĩa là “có
màu vàng” [2]. Nghệ có nguồn gốc ở vùng Tamil Nadu, phía đông nam Ấn Độ [3]. Ngày
nay, nghệ vàng được trồng ở Ấn Độ, Pakistan, Malaysia, Myanmar, Thái Lan, Việt Nam,
Philippines, Nhật, Trung Quốc, Hàn Quốc, Sri Lanka, Nepal, những hòn đảo ở Nam
Thái Bình Dương, Đông và Tây Phi… nhưng Ấn Độ vẫn là nơi sản xuất và xuất khẩu
nghệ vàng chủ yếu hiện nay [1,4]. Nghệ mọc hoang dại và phân bố ở những vùng nhiệt
đới và cận nhiệt đới [5]. Tại Việt Nam, cây mọc hoang dại và được trồng khắp nơi, nhiều
nhất ở các tỉnh Nghệ An, Quảng Bình, Quảng Nam, Đắk Lắk, …

Hình 1.1: Cây nghệ vàng
1.1.2. Phân loại
Phân loại khoa học: [1]
Giới: Plantae

Bộ: Zingiberales

Họ: Zingiberaceae

Chi: Curcuma

Loài: C. longa
Chi nghệ gồm khoảng 1400 loài [2,4]


4

(a)

(b)

(c)

(d)

Hình 1.2: Một số loài nghệ
(a)

Curcuma aromaticum

(b) Curcuma purpurascens

(c) Curcuma singularis
(d) Curcuma purpurascens

1.1.3. Đặc điểm
Nghệ là cây thân thảo, cao 0.6 – 1 m. Lá có hình dài trái xoan, dài 45cm, rộng
18cm, hai mặt nhẵn. Cuống lá có bẹ mang lông. Hoa mọc từ giữa các lá, hợp thành bông
hình trụ, mang cán dài. Lá bắc có màu trắng hay hơi lục. Các lá bắc trên phớt tím nhạt.
Đài không đều. Tràng hoa hình ống không đều, thùy giữa lớn hơn và có mũi nhọn[2,3].
Thân rễ gọi là khương hoàng, rễ củ gọi là uất kim [4]. Củ chắc và nặng, dài 2 – 5
cm, đường kính 1 – 3 cm. Mặt ngoài xám nâu, nhăn nheo. Đôi khi còn lại vết tích của
nhánh và rễ phụ. Củ có mùi thơm, hắc, vị cay. Cắt ngang củ thấy rõ hai vùng: vỏ và trụ
giữa. Trụ giữa chiếm chừng 2/3 bán kính củ[1,2].
1.1.4. Sinh trưởng
Nghệ có thể phát triển ở các điều kiện nhiệt đới khác nhau, từ đồng bằng đến độ
cao 1500m, thích nghi tốt trong khoảng nhiệt độ 20 – 30oC. Đặc biệt, nghệ phát triển tốt
nhất ở những vùng có lượng mưa trung bình trên 1500m, ở các vùng khác thì phải bù
thêm nước bằng việc tưới tiêu với lượng nước tương đương[2]. Nghệ ra bông vào
khoảng tháng 8 và được thu hoạch vào mùa thu.
1.1.5. Thành phần hóa học của củ nghệ
Thành phần trong củ nghệ vàng gồm có: chất màu curcumin (curcuminoidss), tinh
dầu nghệ dễ bay hơi, chất xơ, chất khoáng, protein, chất béo, lượng ẩm, và carbohydrate
[2,4,6].


5
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của củ nghệ vàng khô
Thành phần của củ nghệ vàng khô Turmeric
Curcumin (Curcuminoidss)

2–8%

Tinh dầu (Volatile essectial oil)

3–7%

Chất xơ (Fiber)

2–7%

Chất khoáng (Mineral matter)
Protein

3–7%
6–8%

Chất béo (Fat)

5 – 10 %

Lượng ẩm (Moisture)

6 – 13 %

Carbohydrates

60 – 70 %

Theo Ishita Chattopadhyay (2004), trong tinh dầu thu được bằng chưng cất lôi

cuốn hơi nước của củ nghệ gồm: -phellandren (1%), sabinene (0.6%), cineol (1%),
borneol (0.5%), zingiberene (25%) và sesquiterpines (53%)[6].
1.2. Giới thiệu về curcuminoids
1.2.1. Cấu trúc hóa học của curcuminoids
Curcuminoids là các hợp chất phenol có trong củ nghệ. Curcuminoids gồm chủ
yếu là ba hợp chất tạo màu cơ bản cho củ nghệ, tồn tại trong củ nghệ với những tỉ lệ
khác nhau và đều là những dẫn xuất dicinnamoylmethane: [6,7]
1) Curcumin [1,7-Bis- (4- hydroxy- 3-methoxyphenyl)-hepta-1,6-diene-3,5-dione]
(Cur)
2) Demethoxy curcumin [1-(4-Hydroxyphenyl)-7-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)hepta-1,6- diene-3,5-dione] (DMC)
3) Bis-demethoxycurcumin [1,7-Bis-(4-hydroxyphenyl)-hepta-1,6-diene-3,5dionel] (BDMC)


6
HO

OH

R1

R2
O

O

Hình 1.3: Cấu trúc hóa học chung của curcuminoids
Bảng 1.2: Cấu trúc các thành phần của curcuminods
Hợp chất

R1

R2

CTPT

M (đ.v.C)

Cur

OCH3

OCH3

C21H20O6

368

DMC

OCH3

H

C20H18O5

338

BDMC

H

H

C19H16O4

308

Hình 1.4: Các hợp chất curcuminoids
Trong ba hợp chất trên, curcumin thường chiếm tỉ lệ chủ yếu (60%), sau đó là
demethoxycurcumin (24%) và bisdemethoxycurcumin thường ít linh động hơn (14%).
Mỗi thành phần kể trên còn có các đồng phân hình học: s-cis-diketone, s-transdiketone, cis-cisenol. Curcumin tồn tại ở 3 dạng đồng phân: cis-diketone, transdiketone và enol [7].


7

Hình 1.5: Các đồng phân của curcumin: (1) s-cis-diketone; (2) s-trans-diketone;
(3) enol
1.2.2. Một số tính chất vật lý và hóa học của curcumin
Tính chất vật lý
Curcumin trích ly từ củ nghệ vàng ở dạng bột, có màu vàng nâu, điểm chảy 183–
185oC. Curcumin không tan trong nước, tan trong dầu, ethanol, methanol,
dichloromethane, aceton,… [4]. Dung dịch curcumin trong dung môi hữu cơ có độ hấp
thụ cực đại ở bước sóng khoảng 420-430 nm.
Tính chất hóa học
 Phản ứng của nhóm hydroxyl trên vòng benzen
Các cặp electron chưa liên kết của oxy nhóm hydroxyl liên hợp mạnh với vòng
benzen làm cho nguyên tử hydro của nhóm hydroxyl trở nên linh động hơn. Điều này
giải thích tính acid và khả năng phản ứng với các gốc tự do của curcumin. Ngoài ra,
phản ứng với các gốc tự do còn liên quan đến sự chuyển nguyên tử hydro của nhóm
metylen ở carbon giữa mạch, làm giảm hay mất hoạt tính của các gốc này. Hai hướng

phản ứng này góp phần giải thích tính chống oxy hóa mạnh của curcuminoid khi ứng
dụng nó trong ngành dược.


8

Hình 1.6: Phản ứng của curcuminoid với gốc tự do
 Phản ứng phân hủy
-

Phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng

Dưới tác dụng của ánh sáng, curcumin phân hủy thành vanillin, acid vanillic, aldehyd
ferulic, acid ferulic.

Hình 1.7: Phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng


9
 Phản ứng tạo phức
Curcuminoid với cấu trúc β-diceton trong môi trường acid hay trung tính nằm
dưới dạng hỗ biến ceton – enol đối xứng và ổn định, làm cho curcuminoid có khả năng
tạo phức với nhiều ion kim loại khác nhau: Mn2+, Fe2+, Cu2+, Ga3+,… Curcuminoid có
khả năng cho đi một hay nhiều cặp electron tự do trên các nguyên tử oxy của cấu trúc
ceton – enol và chất nhận là các ion kim loại với lớp vỏ electron còn trống. Do vậy, liên
kết cộng hóa trị giữa curcuminoid và kim loại được hình thành. Sự liên kết này làm thay
đổi năng lượng trường tinh thể của ion kim loại, làm thay đổi sự phân bố electron trong
phân tử. Kết quả là phức của kim loại và curcuminoid sẽ có nhiều màu sắc khác nhau.

Hình 1.8: Phản ứng tạo phức với kim loại

1.2.3. Hoạt tính sinh học của curcumin
1.2.3.1. Hoạt tính chống ung thư
Curcumin có khả năng ức chế sự tạo khối u, tác động đến hầu hết các giai đoạn
của quá trình hình thành và phát triển khối u. Ngoài ra, curcumin còn có tác dụng loại
bỏ các men gây ung thư, săn lùng các gốc tự do là các nguyên nhân gây ung thư. Bởi
vậy, curcumin có thể giúp cơ thể vừa phòng ngừa vừa chống ung thư một cách tích cực.
[9]


10

Hình 1.9: Quá trình hình thành và di căn khối u và tác động của curcumin.
Trong giai đoạn đầu của bệnh, các tế bào bình thường bị tác động bởi các gốc tự
do và bị biến đổi thành các tế bào ung thư. Curcumin có thể ngăn chặn quá trình này
bằng cách bắt giữ các gốc oxy hóa khác nhau: gốc hydroxy OH., gốc peroxyl ROO.,
singlet oxygen, nitric oxide NO và peroxynitrite ONOO- . Curcumin có khả năng bảo
vệ lipid, hemoglobin và AND khỏi quá trình oxy hóa [10].
Kết quả nghiên cứu hoạt tính gây độc đối với 4 dòng tế bào ung thư như: ung thư
vú (MCF7), ung thư gan (Hep G2), ung thư phổi (Lu), ung thư biểu bì (KB) cho thấy
Curcumin ức chế và gây độc cực mạnh. Curcumin được chứng minh là có khả năng
chống di căn đối với một vài loại tế bào ung thư đồng thời ức chế sự phát triển của tế
bào ung thư [5].
Tại Mỹ, Đài Loan, người ta đã tiến hành thử nghiệm lâm sàng dùng curcumin
điều trị ung thư và kết luận rằng curcumin có thể kìm hãm sự phát tác của tế bào ung
thư da, dạ dày, ruột, vòm họng, dạ con, bàng quang [9].
1.2.3.2. Hoạt tính chống oxy hóa
Curcuminoids là hợp chất tự nhiên có khả năng chống oxy hóa. Cả dịch trích lẫn
curcumin đều có khả năng ngăn cản sự tạo các gốc tự do như superoxide, hydroxyl,
H2O2, gốc nitrite…Tính chống oxy hóa của curcumin là ngăn cản sự peroxide hóa các
lipid trong cơ thể [11,12]. Phân tích câu trúc của curcumin thì nhóm OH trên vòng

benzen giữ vai trò quan trọng cho khả năng chống oxi hóa của curcumin[11].
Cơ chế chống oxi hóa của curcumin gồm một hay nhiều bước sau: [12]
 Dập tắt hay trung hóa các gốc tự do
 Tương tác với các tác nhân oxy hóa và ngăn cản chúng phát triển
 Kết hợp với oxi và làm giảm phản ứng oxi hóa.
 Ngăn cản các enzyme oxi hóa như cyclochromer P_450.
 Tạo phức hay phá hủy tính oxy hóa của các ion kim loại như Fe.


11
Theo Wright, J.S., curcumin bắt gốc tự do theo cơ chế HAT (H- atom transfer): [13]
.
FR + Cur – H  FR – H
Trong đó:

.
+ Cur +

.
FR : gốc tự do tấn công
Cur – H: phân tử curcumin
FR – H: gốc tự do sau khi nhận thêm một nguyên tử
.
Cur : gốc curcumin hình thành do mất nguyên tử H

Ví dụ:

DPPH

.

+

trans-diketo curcumin



DPPH2 + trans-diketo curcumin.

1.2.3.3. Hoạt tính kháng viêm
Tiêu diệt gốc tự do xấu nhất: nghiên cứu của Đại học Dược khoa Ấn Độ cho
biết, curcumin có hoạt tính kháng viêm rất mạnh, nó có thể tiêu diệt các gốc tự do xấu
nhất như các gốc tự do thuộc nhóm superoxide. Ngoài ra, khi dùng với liều cao,
curcumin sẽ kích thích tuyến thượng thận bài tiết cortisone, mà cortisone là chất có hiệu
lực rất mạnh để ức chế phản ứng viêm[14] .
Điều trị cơn đau: curcumin sẽ ức chế tạo thành prostaglandin, chất này trong cơ
thể có liên quan đến cơn đau do viêm gây ra[14].
Điều trị viêm kết mạc: trong một nghiên cứu về vi khuẩn học, thuốc nhỏ mắt
Haridra làm từ nguyên liệu củ nghệ, có khả năng kháng khuẩn với trực khuẩn E. coli,
Staphylococcus aureus, Klebsiella và Pseudomonas… [15].
Điều trị viêm khớp: nghiên cứu của Đại học Y Dược Gandhi, dùng curcumin
dạng uống cùng với cortisone acetate dạng tiêm điều trị cho chuột bị viêm khớp. Hiệu
nghiệm của nghệ đến từ hoạt tính chống histamine. Hoạt tính chống viêm của curcumin
không thua kém nhiều so với cortison, nó có thể giảm nhẹ phản ứng viêm trong cơ thể
động vật, cũng có thể giảm nhẹ triệu chứng viêm của bệnh viêm đa khớp dạng thấp (ở
người)[10].
1.2.3.4. Hoạt tính kháng virus, vi khuẩn, nấm và kí sinh trùng
Curcumin được dùng trong điều trị HIV nhờ khả năng chống lại virus. Dịch trích
cồn của nghệ còn có tác dụng kháng khuẩn. Curcumin với nồng độ 2.5 – 50 mg/100ml
ngăn cản được sự phát triển của Staphylococcus aureus. Natri curcuminat kháng khuẩn

Micrococcus pyogen chỉ với hàm lượng 1ppm [16]. Dịch trích cloroform và eter của
nghệ có khả năng kháng nấm gây viêm da [17]. Dịch trích cồn của nghệ còn ngăn cản


12
sự sản xuất aflatoxin từ nấm Aspergillus parasiticus và kháng amip Entamoeba
histolynca [14]. Hỗn hợp các curcumin, demethoxycurcumin và bisdemethoxycurcumin
còn cho thấy tính kháng giun [11].
1.3. Ứng dụng của curcumin
1.3.1. Ứng dụng trong thực phẩm
Hiện nay, những quy định về sử dụng chất màu thực phẩm tổng hợp rất nghiêm
ngặt. Điều này đã thúc đẩy sự phát triển của nền công nghiệp sản xuất và ứng dụng các
chất màu tự nhiên làm phụ gia tạo màu cho thực phẩm. Curcumin đã được các tổ chức
FDA ở Mỹ, Canada và EU cho phép sử dụng làm chất màu (mã số E100) để tạo màu
vàng hay vàng cam cho nước giải khát, pho mát, cary, mù tạt… Liều lượng sử dụng cho
phép là 0 – 0,5 mg/kg thể trọng[4].

Hình 1.10: Chất màu bột nghệ
1.3.2. Ứng dụng trong dược phẩm và mỹ phẩm
Dược phẩm: Trong y học cổ truyền, con người còn biết dùng nghệ để chữa các
bệnh như: bệnh loét dạ dày; loét ngoài da; bệnh hen suyễn; chữa bỏng. Hiện nay,
curcumin ở nhiều nước trên thế giới được coi như vừa là thuốc vừa là thực phẩm chức
năng giúp phòng ngừa và hỗ trợ điều trị ung thư, viêm loét dạ dày tá tràng, giải độc gan,
tăng sức đề kháng của cơ thể [1,4]. Nó được dùng dưới nhiều dạng: bột, viên ép,
viên con nhộng, dạng trà, dạng thuốc tinh chất để tăng thêm việc tiêu hoá và chức năng
gan, để giảm đau khớp và điều hoà kinh. Tinh nghệ Nano Curcumin được chiết xuất từ
củ nghệ vàng bằng công nghệ nano tiên tiến, mang lại những hiệu quả vượt trội, khắc
phục được những nhược điểm so với sử dụng bột nghệ thông thường

13

Hình 1.11: Thuốc có thành phần curcumin
Mỹ phẩm: Nhiều nghiên cứu đã chứng minh được lợi ích của nghệ và hoạt chất
curcumin đối với làn da. Curcumin có thể giúp tái tạo lại làn da [18] và thúc đấy làm
lành nhanh các vết thương [14]; bảo vệ, chống lại các tổn thương da do các tia UV gây
ra [19,20], có đặc tính chống ung thư da [21]. Chính vì vậy mà nghệ vàng là một trong
những sản phẩm làm đẹp quen thuộc với mỗi chị em phụ nữ. Sử dụng bột nghệ để làm
mặt nạ đắp mặt, hoặc bổ sung viên nghệ Nano Curcumin giúp tăng cường sức khỏe
cũng như cải thiện làn da của bạn.
1.4. Các phương pháp tách chiết
1.4.1. Cơ sở của quá trình tách chiết
Quá trình tách chiết là quá trình tách các chất hữu cơ hòa tan ra khỏi nguyên liệu
nhưng vẫn giữ được đầy đủ thành phần và bản chất của nó. Trong quá trình tách chiết
sẽ xảy ra 3 quá trình là: quá trình hòa tan, quá trình thẩm thấu và quá trình khuếch tán.
Đầu tiên dung môi thấm ướt lên bề mặt nguyên liệu sau đó thấm vào bên trong do quá
trình thẩm thấu tạo ra dung dịch chứa các hợp chất. Tiếp theo dung môi hòa tan các chất
trên bề mặt bằng cách đẩy các bọt khí chiếm đầy trong các khe vách trống của tế bào.
Sau đó dung môi tiếp tục hòa tan các hoạt chất trong ống mao dẫn của nguyên liệu nhờ
vào dung môi đã thấm sâu vào các lớp bên trong. Ba quá trình này thực hiện liên tục cho
đến khi quá trình chiết kết thúc. Nguyên liệu phải được xay nhỏ để dung môi có thể dễ
dàng tiếp xúc với thành tế bào, thúc đẩy quá trình chiết xảy ra nhanh chóng và hiệu quả
(Rydberg và cộng sự, 1992) [22].
1.4.2. Các phương pháp tách chiết
Phương pháp ngấm kiệt


14
Phương pháp ngấm kiệt hay còn gọi là phương pháp ngâm nhỏ giọt - là một trong
những phương pháp đơn giản và phổ biến nhất hiện nay, vì nó không đòi hỏi nhiều về

kỹ thuật và công nghệ. Đây là quá trình chiết liên tục, dung môi mới luôn được thêm
vào để thay cho lớp dung môi cũ đã hòa tan được dược chất. Lớp dung môi mới có
nhiệm vụ hòa tan các hoạt chất còn lại trong tế bào. Quá trình tiếp diễn cho đến khi
không thêm dung môi nữa. Như vậy, dược liệu luôn được tiếp xúc với lớp dung môi mới
nên có thể chiết kiệt hoạt chất [23].
Phương pháp ngâm dầm
Trong phương pháp ngâm dần, mẫu được ngâm trong một bình chứa thủy tinh
hoặc thép không rỉ có nắp đậy, cho mẫu ngập đầy trong dung môi và để ở nhiệt độ
phòng. Dung môi sẽ ngấm dần vào nguyên liệu để hòa tan các hợp chất tự nhiên, có thể
gia tăng hiệu quả chiết bằng cách khuấy hoặc lắc nhẹ hỗn hợp chiết.
Phương pháp chiết Soxhlet
Chiết Soxhlet là một kiểu chiết liên tục, được thực hiện nhờ cấu tạo đặc biệt của
dụng cụ chiết. Kiểu chiết này cũng như là kiểu chiết lỏng - lỏng nên về bản chất của quá
trình tuân theo quy luật phân bố chất trong hai pha không trộn lẫn vào nhau. Trong đó
pha rắn nằm trong mẫu sẽ được hòa tan bởi pha lỏng (dung môi) .
Phương pháp này tiết kiệm được dung môi và mang lại hiệu quả chiết cao. Tuy
nhiên, kích thước của dụng cụ chiết Soxhlet làm hạn chế lượng nguyên liệu ta cần chiết,
vì vậy muốn chiết lượng lớn thì phải lặp đi lặp lại nhiều lần chiết, gây mất nhiều thời
gian [24].
Phương pháp lôi cuốn hơi nước
Đây là phương pháp đặc biệt để trích ly tinh dầu và những hợp chất dễ bay hơi
có trong nguyên liệu. Dụng cụ gồm một bình cầu lớn để cung cấp hơi nước. Sau đó, hơi
nước sẽ được dẫn sục vào bình chứa có mẫu, hơi nước xuyên thấm qua màng tế bào
nguyên liệu và lôi theo những cấu tử dễ bay hơi, hơi nước tiếp tục bay hơi và ngưng tụ
bởi một ống sinh hàn, ta thu được hợp chất tinh dầu. Dùng ete dầu hỏa hoặc ether ethylic
để trích ly tinh dầu ra khỏi hỗn hợp trên hoặc để yên một thời gian trong bình sẽ có sự
phân tách giữa hai pha tinh dầu và nước.


15

1.4.3. Một số phương pháp tách chiết khác
Chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn (Supercritical fluid extraction)
Chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn (SFE) được xem như là một phương pháp chiết
hữu hiệu để thay thế các phương pháp thông thường sử dụng dung môi hữu cơ. Phương
pháp SFE xảy ra nhanh chóng, tự động, có chọn lọc, không gây cháy nổ và tránh việc
sử dụng một số lượng lớn các dung môi độc hại. Siêu chất lỏng dễ dàng tách các chất
cần thiết do dung môi thay đổi thuộc tính nhanh chóng chỉ với các biến đổi áp lực nhẹ.
Chất lỏng siêu tới hạn (SCF) đang ngày càng thay thế dung môi hữu cơ như n-hexane,
dichloromethan chloroform và những dung môi khác thường sử dụng trong chiết công
nghiệp, lọc, vì quy định và sức ép môi trường về các hợp chất hữu cơ và khí thải [23].
Phương pháp chiết có sự hỗ trợ của sóng siêu âm (Ultrasound-assisted
extraction)
Đây là kỹ thuật chiết thay thế rẻ tiền, đơn giản và hiệu quả. Sóng siêu âm thường
được sử dụng để cải thiện việc chiết lipid, protein và các hợp chất phenolic từ thực vật,
quá trình chiết các hợp chất phenol từ Folium eucommiae có sử dụng sóng siêu âm thu
được hiệu quả cao hơn so với khi chiết bằng cách gia nhiệt hoặc bổ sung enzyme hỗ trợ
chiết tách. Sóng siêu âm có khả năng phá vỡ màng tế bào của nguyên liệu, do đó giúp
cho sự xâm nhập của dung môi vào bên trong tế bào dễ dàng hơn. Ngoài ra siêu âm còn
có tác dụng khuấy trộn mạnh dung môi làm tăng diện tích tiếp xúc của dung môi và cải
thiện đáng kể hiệu suất chiết [23].
Phương pháp chiết sử dụng năng lượng vi sóng (Microwave-assisted
extraction)
Đây là một mảng lớn chưa được khai thác, mặc dù bằng cách sử dụng lò vi sóng
để làm trung gian trong quá trình chiết có thể duy trì các điều kiện nhẹ và đạt được hiệu
quả vượt trội khi chiết. Dưới tác dụng của lò vi sóng nước trong thực vật bị nóng lên
nhanh chóng, áp suất bên trong tăng đột ngột làm các mô chứa dịch chiết vỡ ra, dịch
chiết thoát ra ngoài, lôi cuốn theo hơi nước sang hệ ngưng tụ. Hiệu suất có thể bằng hoặc
cao hơn những phương pháp khác nhưng thời gian chiết rất ngắn. Dịch chiết thu được
có mùi tự nhiên. Sản phẩm phân hủy trong dịch chiết tự nhiên giảm đi, tiết kiệm thời
gian, năng lượng và chi phí. Tuy nhiên chỉ áp dụng được cho các nguyên liệu có tuyến

dịch chiết nằm ngay sát bề mặt lá. Năng lượng chiếu xạ lớn sẽ làm cho một số cấu phần
trong dịch chiết phân hủy [25,26].


16
1.5. Sử dụng enzyme trong hỗ trợ chiết tách các hoạt chất sinh học từ thực vật
Enzyme là các chất xúc tác lý tưởng để hỗ trợ các quá trình trích ly, biến đổi hoặc
tổng hợp các chất chức năng sinh học phức tạp từ các hợp chất thiên nhiên ban đầu.
Chức năng của các enzyme trong chiết tách các hoạt chất sinh học từ thảo dược là phá
vỡ các liên kết giữa các tế bào thực vật để tạo ra các cấu trúc nhỏ và mở hơn. Khi vật
liệu thực vật bị phá hủy thành các đoạn nhỏ hơn, đặc tính lý học và sinh học của nó bị
thay đổi và sự thay đổi này có ảnh hưởng tới hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất do
sự tăng sản lượng, giảm giá thành và nâng cao chất lượng sản phẩm.
1.5.1. Các kết quả gần đây
 Pectinase với công nghiệp thực phẩm
Chế phẩm pectinase được sử dụng trong sản xuất nước quả từ các nguyên liệu
quả nghiền hay để làm trong nước quả ép. Bởi vì khi có pectin thì khối quả nghiền sẽ có
trạng thái keo, do đó khi ép dịch quả không thoát ra được. Nhờ pectinase mà nước quả
trong suốt, dễ lọc, hiệu suất tăng. Pectinase còn góp phần chiết rút các chất màu, tanin
và các chất hòa tan khác, do đó làm tăng chất lượng của thành phẩm. Những nghiên cứu
khi ép nho có xử lý bằng pectinase không những làm tăng hiệu suất mà còn làm tăng
màu sắc.Trong sản xuất mứt nhừ, mứt đông… nhờ pectinase mà dịch quả có nồng độ
đậm đặc hơn.
 Cellulase với công nghiệp thực phẩm
Một số nước đã dùng cellulase để xử lý các loại rau quả như bắp cải, hành, cà rốt,
khoai tây, táo và lương thực như gạo. Người ta còn xử lý cả chè, các loại tảo biển…
Trong sản xuất bia, dưới tác dụng của cellulase hay phức hệ citase trong đó có cellulase,
thành tế bào của hạt đại mạch bị phá hủy tạo điều kiện tốt cho tác động của protease và
đường hóa. Trong sản xuất agar-agar, tác dụng của chế phẩm cellulase sẽ làm tăng chất
lượng agar-agar hơn so với phương pháp dùng acid để phá vở thành tế bào. Đặc biệt là

việc sử dụng chế phẩm cellulase để tận thu các phế liệu thực vật đem thủy phân, dùng
làm thức ăn gia súc và công nghệ lên men.
 Amylase với công nghiệp thực phẩm
Trong sản xuất bánh kẹo người ta thường dùng maltose là sản phẩm thủy phân
tinh bột bằng amylase và glucose bằng glucoamylase. Chính glucoamylase, là yếu tố
làm tăng hiệu suất trong sản xuất rượu. Trong sản xuất bia, viêc sử dụng amylase có
trong các hạt nẩy mầm thay thế malt đã góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành.