Phương pháp thu nhận và ứng dụng hợp chất curcumin trong củ nghệ

1



ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
----

----



BÁO CÁO CÔNG NGHỆ TẾ BÀO

ĐỀ TÀI:PHƯƠNG PHÁP THU NHẬN VÀ ỨNG DỤNG
HỢP CHẤT CURCUMIN TRONG CỦ NGHỆ



GVHD: NGUYỄN THỊ THỦY TIÊN
SV : TRƯƠNG THỤY TRÀ MY 60801296
NGUYỄN THỤY ANH THƯ 60802186


2

MỤC LỤC

MỤC LỤC...................................................................................................................................... 2
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH. .................................................................................................. 3
I. Tổng quan. ................................................................................................................................. 3
I.1. Giới thiệu cây nghệ. .............................................................................................................. 4
I.1.1. Nguồn gốc – Phân bố. .................................................................................................... 4
I.1.2. Phân loại. ........................................................................................................................ 5
I.1.3. Đặc điểm. ....................................................................................................................... 5
I.1.4. Sinh trưởng. .................................................................................................................... 5
I.1.5. Thành phần hóa học của củ nghệ. .................................................................................. 6
I.2. Giới thiệu về curcumin. ........................................................................................................ 6
I.2.1. Cấu trúc hóa học và các đặc tính hóa lý của curcumin. ................................................. 7
I.2.2. Tính chất vật lý. .............................................................................................................. 9
I.2.3 Tính chất hóa học đặc trưng. ......................................................................................... 10
II.Nhân giống cây nghệ (curcuma) bằng phương pháp in vitro. ............................................ 10
II.1.Sơ lược về phương pháp vi nhân giống. ............................................................................. 10
II.2.Phương pháp thực hiện. ...................................................................................................... 11
II.3.Các yếu tố ảnh hưởng. ........................................................................................................ 11
III.Thu nhận curcumin. .............................................................................................................. 12
III.1.Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước. ....................................................................... 13
III.2.Phương pháp dùng dung môi dễ bay hơi. .......................................................................... 15
III.3.Phương pháp dùng bình Soxhlet. ...................................................................................... 17
III.4.Phương pháp dùng dung dịch chất lưỡng cực (aqueous hydrotrope solution). ................. 17
III. Ứng dụng của curcumin. ..................................................................................................... 21
III.1. Hoạt tính chống oxy hóa. ................................................................................................. 21
III.2. Hoạt tính kháng viêm. ...................................................................................................... 22
III.3. Hoạt tính chống đông máu. .............................................................................................. 23
III.4. Ngăn cản và điều trị ung thư. ........................................................................................... 23
III.5. Tính kháng virus, vi khuẩn, nấm và kí sinh trùng. ........................................................... 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO. ......................................................................................................... 24

3



DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.

Hình I.1: Cây nghệ.
Hình I.2: Một số loài nghệ.
Hình I.3: Cấu trúc hóa học của curcuminoid.
Hình I.4: Các hợp chất curcuminoid.
Hình I.5: Đồng phân hình học dạng cis-trans của curcumin.
Hình I.6: Dạng keto và enol của curcumin.
Hình II.1: Bình Soxhlet.
Hình II.2: Các lớp tế bào của củ nghệ.

Hình II.3: Sự phá vỡ cấu trúc của các lớp tế bào củ nghệ sau khi bị chất lưỡng cực thâm nhập





4



I. Tổng quan.
I.1. Giới thiệu cây nghệ.

Hình I.1: Cây nghệ.

I.1.1. Nguồn gốc – Phân bố.
Nghệ - curcuma là một chi thuộc họ Gừng (Zingiberaceae).Curcuma là tên Latin xuất phát từ
từ “Kourkoum”, một từ mang gốc Ả Rập nghĩa là “có màu vàng”. Ngày nay nghệ vàng được
trồng ở Ấn Độ, Pakistan, Malaysia, Myanmar, Việt Nam, Thái Lan, Philippines, Nhật, Trung
Quốc, Hàn Quốc, Sri Lanka, Nepal, những hòn đảo ở Nam Thái Bình Dương, Đông và Tây Phi,
các đảo ở biển Caribbean, châu Mỹ, nhưng Ấn Độ vẫn là nơi sản xuất và xuất khẩu nghệ vàng
chủ yếu hiện tại [1].
Nghệ mọc hoang dại và phân bố khắp những vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Tại Việt Nam,
cây mọc hoang dại và được trồng khắp nơi.
Ở Ấn Độ, nghệ vàng được sử dụng từ lâu đời: dùng làm gia vị, dùng trong các phương thuốc
truyền thống của người Ấn Độ. Ngày nay, nó còn được dùng trong công nghiệp thực phẩm (chủ
yếu là chất màu), công nghiệp dược phẩm (chống oxi hóa, chữa bệnh, …) và mỹ phẩm (sản
phẩm dưỡng, làm đẹp da).

5



I.1.2. Phân loại.
Chi nghệ gồm khoảng 1400 loài.


(a) (b) (c) (d)
Hình I.2: Một số loài nghệ.
(a) Curcuma aromaticum
(b) Curcuma aeruginosa
(c) Curcuma singularis

(d) Curcuma purpurascens
I.1.3. Đặc điểm.
Nghệ là cây thân thảo, cao 0.6 – 1 m. Lá có hình dải 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. Bầu có lông, vòi nhẵn. Quả nang 3 ô mở bằng
van.
Thân rễ gọi là khương hoàng, rễ củ gọi là uất kim. Củ chắc và nặng, dài 2 - 5 cm, đường
kính 1 – 3 cm. Mặt ngoài xám nâu, nhăn nheo. Đôi khi cón lại vết tích của các 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.
I.1.4. Sinh trưởng.
Nghệ có thể phát triển ở các điều kiện nhiệt đới khác nhau, từ đồng bằng cho đến độ cao
1500m, thích nghi tốt trong khoảng nhiệt độ 20-30°C. Đặc biệt, nghệ phát triển tốt nhất ở những
6



vùng có lượng mưa trung bình trên 1500mm, ở các vùng khác thì phải bù thêm nước bằng việc
tưới tiêu với lượng nước tương đương.
Trồng trọt: Đất phải được cày xới 6-8 lần để đất được tơi xốp và hình thành mùn. Sau đó,
đất được đánh luống để đảm bảo việc tưới tiêu và thoát nước được tốt. Thời gian gieo hạt là từ
tháng 6 đến giữa tháng 7. Giống là những củ to, chắc, chiếm khoảng 15-20% lượng thu hoạch
của mùa vụ trước. Trong thời gian trồng, cần làm cỏ và bón phân đầy đủ. Đồng thời, phải có
những biện pháp phòng và chống các bệnh thường gặp như bệnh vết lá, đốm lá do vi sinh vật và
bệnh cuốn lá do sâu bệnh gây ra.
Thu hoạch: Nghệ ra bông vào khoảng tháng 8 và được thu hoạch vào mùa thu. Khi thu
hoạch, rễ để riêng và thân để riêng. Để thuận tiện cho việc thu hoạch, người ta thường cắt bỏ
phần trên của cây nghệ bao gồm phần thân, lá và hoa; sau đó cày hay cuốc cho đất vỡ ra và từng
cụm rễ nghệ được kéo lên một cách cẩn thận. Nghệ sau thu hoạch được ngâm nước để làm sạch

đất, rễ và vảy; sau đó được cất vào kho. Muốn để nghệ được lâu, người ta thường phải đồ hoặc
hấp trong 6-12 giờ, sau đó để ráo nước rồi đem phơi nắng hay sấy khô.
I.1.5. Thành phần hóa học của củ nghệ.
Thành phần trong củ nghệ vàng gồm có: chất màu curcumin (curcuminoids), tinh dầu nghệ
dễ bay hơi, chất xơ, chất khoáng, protein, chất béo, lượng ẩm, và carbohydrate.

Thành phần của củ nghệ vàng Turmeric
Curcumin (Curcuminoids) 2 – 8 %
Tinh dầu (Volatile essential oil) 3 – 7 %
Chất xơ (Fiber) 2 – 7 %
Chất khóang (Mineral matter) 3 – 7 %
Protein 6 – 8 %
Chất béo (Fat) 5 – 10 %
Lượng ẩm (Moisture) 6 – 13 %
Carbohydrates 60-70 %

Theo Ishita Chattopadhyay (2004), trong tinh dầu (5.8%) thu được bằng chưng cất lôi
cuốn hơi nước của củ nghệ gồm có α-phellandren (1%), sabinene (0.6%), cineol (1%), borneol
(0.5%), zingiberene (25%) và sesquiterpines (53%) [2].
I.2. Giới thiệu về curcumin.
Curcuminoid là các hợp chất có tác dụng tạo nên màu vàng cho củ nghệ. Cùng với tinh dầu,
các hợp chất curcuminoid tạo nên vị cay và mùi hăng đặc trưng cho củ nghệ. Ngoài ra
curcuminoid còn bảo vệ nghệ chống lại sự xâm nhập của nấm và vi sinh vật.
7



Curcumin là thành phần quan trọng nhất và linh động nhất trong củ nghệ. Nó có hoạt tính
sinh học quan trọng như hoạt tính kháng viêm; chống oxy hóa, dị ứng; liền vết thương; chống co
thắt; kháng khuẩn, nấm và khối u; … .

Ở Mỹ, curcumin được dùng như một chất tạo màu trong phó mát, mustard, ngũ cốc, hoa quả
dầm, bột khoai tây, trong súp, kem và cả yogurts.
I.2.1. Cấu trúc hóa học và các đặc tính hóa lý của curcumin.
Năm 1815, cấu trúc của curcumin (C
21
H
20
O
6
) lần đầu tiên được miêu tả bởi Volger và
Pelletier. Và năm 1913, cấu trúc hóa học của curcumin được Lampe xác định qua một loạt các
phản ứng:
• Khi đun curcumin với kiềm tạo thành vanilic acid và ferulic acid
• Curcumin nóng chảy với kiềm cho protocatechuic acid ((OH)
2
C
6
H
3
COOH)
• Oxy hóa bằng permanganat tạo thành vanilin
• Tác dụng với hydroxylamin tạo dẫn xuất isoxozol
• Hydro hóa dẫn xuất diacetyl của curcumin cho hỗn hợp dẫn xuất hexahydro và
tetrahydro.
Từ những phản ứng trên, cấu trúc của curcumin được xác định là diferuloymethan.
 Cấu trúc hóa học của các hợp chất curcumin trong nghệ (curcuminoids)
Curcuminoid là các hợp chất của phenol có trong củ nghệ. Curcuminoid 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:
1) 1,7-Bis-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-hepta-1,6-diene-3,5-dione

= diferuloylmethane = curcumin
(CTHH: C
21
H
20
O
6
: C.A.S. number: 458-37-7, M = 368)
2) 1-(4-Hydroxyphenyl)-7-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-hepta-1,6-diene-3,5-dione
= p-hydroxycinnamoylferuloylmethane = demethoxycurcumin
(CTHH: C
20
H
18
O
5
: C.A.S. number: 33171-16-3, M = 338)
3) 1,7-Bis-(4-hydroxyphenyl)-hepta-1,6-diene-3,5-dione
= p,p-dihidroxydicinnamoylmethane = bisdemethoxycurcumin
(CTHH: C
19
H
16
O
4
: C.A.S. number: 33171-05-0, M = 308)
8

Hình I.3: Cấu trúc hóa học của curcuminoid.
1) Curcumin: R
1
= R
2
= OCH
3

2) Demethoxycurcumin: R
1
= OCH
3
, R
2
= H
3) Bisdemethoxycurcumin: R
1
= R
2
= H

Hình I.4: Các hợp chất curcuminoid.
Trong ba hợp chất trên, curcumin thường chiếm tỉ lệ chủ yếu, sau đó là demethoxycurcumin,
và bisdemethoxycurcumin thường ít linh động hơn.
9



Bên cạnh ba thành phần chủ yếu, người ta cũng tách ra được ba thành phần phụ được cho là

các đồng phân hình học của ba hợp chất trên. Một trong ba thành phần phụ này được cho là đồng
phân hình học dạng cis-trans của curcumin dựa trên phổ UV của nó (curcumin có cấu hình
trans-trans). Đồng phân này có điểm nóng chảy thấp hơn và ít ổn định hơn trong dung dịch cũng
như trong ánh sáng so với curcumin .

Hình I.5: Đồng phân hình học dạng cis-trans của curcumin.

Hình I.6: Dạng keto và enol của curcumin.
I.2.2. Tính chất vật lý.
• Curcumin trích từ củ nghệ có dạng bột màu vàng, nhiệt độ nóng chảy 184 – 185 °C.
• Curcumin không tan trong nước, tan trong cồn, aceton, metanol, dicloromethan,
dicloetylen, benzen, acid acetic, …