Nghiên cứu bán tổng hợp tetrahydrocurcumin Curcurmin trắng và khả năng ứng dụng trong mỹ phẩm và thực phẩm chức năng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------

VŨ NGỌC HOÀNG

NGHIÊN CỨU BÁN TỔNG HỢP
TETRAHYDROCURCUMIN (CURCUMIN TRẮNG) VÀ
KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG MỸ PHẨM VÀ THỰC
PHẨM CHỨC NĂNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Hà Nội – 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------

VŨ NGỌC HOÀNG

NGHIÊN CỨU BÁN TỔNG HỢP
TETRAHYDROCURCUMIN (CURCUMIN TRẮNG) VÀ
KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG MỸ PHẨM VÀ THỰC
PHẨM CHỨC NĂNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. NGUYỄN THỊ MINH TÚ
2. TS. NGUYỄN MAI CƯƠNG

Hà Nội – 2018


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hồng]
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi
dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Thị Minh Tú và TS.
Nguyễn Mai Cương. Các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực và
chưa được công bố trong bất kỳ tài liệu nào.
Tôi xin cam đoạn mọi sự giúp đỡ trong quá trình hồn thành luận văn
đã được cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ
nguồn gốc.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận văn
này.
Hà Nội, tháng

năm 2018

Học viên

Vũ Ngọc Hoàng

i


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hoàng]
LỜI CẢM ƠN

Em xin cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Minh Tú và TS. Nguyễn Mai
Cương đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em thực hiện nghiên cứu này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Quản lý Chất
lượng, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội đã đào tạo, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong suốt
thời gian học tập và làm thí nghiệm. Đồng thời, em xin cảm ơn các anh, chị,
các bạn đồng nghiệp và Viện Hóa học Cơng nghiệp Việt Nam đã nhiệt tình
giúp đỡ để em hoàn thành luận văn này.
Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã khích lệ, động viên và
giúp đỡ em vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, tháng

năm 2018

Học viên

Vũ Ngọc Hoàng

ii


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hoàng]
MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT............................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ....................................................................................... ix
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................. 3
1.1. Giới thiệu chung về chi Nghệ Curcuma ............................................................ 3
1.2. Curcumin ............................................................................................................ 4

1.2.1. Đặc tính lý hóa của curcumin .................................................................... 4
1.2.2. Hoạt tính sinh học của curcumin ............................................................... 6
1.3. Dẫn xuất Tetrahydrocurcumin (THC) .............................................................. 9
1.3.1. Đặc tính lý hóa của THC ........................................................................... 9
1.3.2. Hoạt tính sinh học của THC....................................................................... 9
1.3.2.1. Tác dụng chống ơxi hóa ........................................................................ 11
1.3.2.2. Tác dụng kháng viêm ............................................................................ 15
1.3.2.3. Hoạt tính chống ung thư ....................................................................... 16
1.3.2.4. Các hoạt tính khác ................................................................................. 17
1.3.3. Ứng dụng của THC .................................................................................. 18
1.3.4. Các phương pháp bán tổng hợp THC ...................................................... 18
1.3.5. Tình hình xuất - nhập khẩu THC ............................................................. 20
CHƢƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................... 21
2.1. Vật liệu nghiên cứu .......................................................................................... 21
2.1.1. Nguyên liệu .............................................................................................. 21
2.1.2. Hóa chất và thiết bị nghiên cứu ............................................................... 21
2.1.2.1. Hóa chất nghiên cứu ............................................................................. 21
iii


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hoàng]
2.1.2.2. Thiết bị nghiên cứu ............................................................................... 21
2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 22
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tinh chế
curcuminoid từ hàm lượng 95% lên 98% .......................................................... 22
2.2.1.1. Thiết kế thí nghiệm: Quy trình tinh chế curcuminoid từ hàm lượng 95%
lên 98% .............................................................................................................. 22
2.2.1.2. Ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất phản ứng ............................... 23
2.2.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ kết tinh đến hiệu suất phản ứng .................... 23
2.2.1.4. Ảnh hưởng của thời gian kết tinh đến hiệu suất phản ứng ................... 23

2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quy
trình bán tổng hợp THC (hàm lượng  90%) .................................................... 23
2.2.2.1. Thiết kế thí nghiệm: Quy trình bán tổng hợp THC (hàm lượng  90%)
............................................................................................................................ 23
2.2.2.2. Nghiên cứu lựa chọn xúc tác phản ứng phù hợp cho quy trình bán tổng
hợp THC............................................................................................................. 25
2.2.2.3. Khảo sát lựa chọn dung môi tối ưu cho phản ứng ................................ 25
2.2.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến hiệu suất phản ứng ................. 25
2.2.2.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng .............. 26
2.2.2.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thu nhận
THC .................................................................................................................... 26
2.2.2.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ xúc tác/nguyên liệu đến hiệu suất thu
nhận THC ........................................................................................................... 26
2.2.2.8. Nghiên cứu phương pháp thu hồi và tái sử dụng xúc tác ..................... 26
2.2.2.9. Nghiên cứu các điều kiện kết tinh THC thơ ......................................... 27
2.2.3. Quy trình tinh chế tetrahydrocurcumin đạt hàm lượng trên 98% ............ 27
2.2.4. Phương pháp phân tích ............................................................................ 27
2.2.4.1. Phương pháp đo điểm chảy.................................................................. 27
iv


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hoàng]
2.2.4.2. Phương pháp sắc ký lớp mỏng: ............................................................. 27
2.2.4.3. Các phương pháp phân tích phổ ........................................................... 27
2.2.5. Phương pháp tính hiệu suất thu hồi sản phẩm ......................................... 28
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 29
3.1. Xây dựng quy trình tinh chế curcuminoid hàm lượng 95% lên 98% ............ 29
3.1.1. Ảnh hưởng của hệ dung môi kết tinh đến hiệu suất và hàm lượng
curcuminoid ....................................................................................................... 29
3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hiệu suất kết tinh ................... 33

3.2. Xây dựng quy trình bán tổng hợp THC  90%..........................................35
3.2.1. Lựa chọn xúc tác phản ứng phù hợp cho quy trình bán tổng hợp ........... 35
3.2.2. Lựa chọn dung môi tối ưu cho phản ứng ................................................. 37
3.2.3. Ảnh hưởng của áp suất đến hiệu suất phản ứng ...................................... 38
3.2.4. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng ................................... 39
3.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thu nhận THC ............. 40
3.2.6. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác đến hiệu suất thu nhận THC ................ 41
3.2.7. Thu hồi và tái sử dụng xúc tác ................................................................. 42
3.2.8. Các điều kiện kết tinh THC thô ............................................................... 43
3.2.9. Xây dựng quy trình thu nhận THC thơ từ curcuminoid ≥ 98% ............... 45
3.3. Quy trình làm sạch THC thơ sau kết tinh ....................................................... 47
3.3.1. Ảnh hưởng của lượng than hoạt tính đến hàm lượng THC kết tinh ........ 47
3.3.2. Xác định cấu trúc của sản phẩm THC kết tinh ........................................ 49
3.4. Đánh giá chất lượng sản phẩm và khả năng ứng dụng trong mỹ phẩm và
thực phẩm chức năng

51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 54
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 58
v


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hoàng]
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DAC: diacetyl curcumin
DHC: dihydrocurcumin
HHC: hexahydrocurcumin
HPLC: Sắc ký hiệu năng cao

NaC: natri curcuminat
OHC: octahydrocurcumin
TEC: triethyl curcumin
THC: Tetrahydrocurcumin
TLC: Sắc ký bản mỏng

vi


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hoàng]
DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Giá trị IC50 của curcumin và các dẫn xuất

14

Bảng 2.1. Danh mục các hóa chất đã sử dụng trong nghiên cứu

21

Bảng 3.1. Ảnh hưởng của % MeOH đến hiệu suất kết tinh lần 1, hiệu suất kết 29
tinh lần 2 và hiệu suất kết tinh tổng
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của % aceton đến hiệu suất kết tinh lần 1, hiệu suất kết 31
tinh lần 2 và hiệu suất kết tinh tổng
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của % ethyl axetat trong n-hexan đến hiệu suất kết tinh 33
lần 1, hiệu suất kết tinh lần 2 và hiệu suất kết tinh tổng
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất kết tinh lần 1, hiệu suất kết tinh 34
lần 2 và hiệu suất kết tinh tổng
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thời gian tới hiệu suất kết tinh 1, hiệu suất kết tinh 34
lần 2 và hiệu suất kết tinh tổng

Bảng 3.6. Ảnh hưởng của xúc tác tới hiệu suất thu nhận sản phẩm

36

Bảng 3.7: Tính chất cơ bản của Ni-Raney sau khi hoạt hóa

36

Bảng 3.8. Ảnh hưởng của dung mơi đến hiệu suất thu nhận sản phẩm

37

Bảng 3.9. Ảnh hưởng của áp suất tới hiệu suất thu nhận sản phẩm

38

Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu nhận sản phẩm

40

Bảng 3.11. Ảnh hưởng của tỉ lệ xúc tác/nguyên liệu đến hiệu suất thu nhận 42
THC
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của số lần tái sử dụng xúc tác đến hiệu suất thu nhận 43
sản phẩm
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất kết tinh

43

Bảng 3.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất kết tinh

44

Bảng 3.15. Ảnh hưởng của lượng than hoạt tính đến q trình làm sạch

48

vii


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hoàng]
PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Sắc ký đồ HPLC

58

Phụ lục 2: LC&MS của mẫu curcumin

59

Phụ lục 3: LC&MS demethoxycurcumin

61

Phụ lục 4: LC&MS bisdemethoxycurcumin

63

Phụ lục 5: 1H-NMR của tetrahydrocurcumin

65

Phụ lục 6. 13C-NMR của tetrahydrocurcumin

67

Phụ lục 7. ESI-MS của tetrahydrocurcumin

69

Phụ lục 8. Kết quả thử nghiệm THC

71

viii


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hồng]
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Trang
Hình 1.1. Một số chất có hoạt tính sinh học q được phân lập từ các lồi 4
Curcuma
8
Hình 1.2. Các sản phẩm hydro hóa của curcumin
9
Hình 1.3. Tetrahyrocurcumin ở dạng bột
Hình 1.4. Độ bền của curcumin và THC trong mơi trường đệm phosphate ở 37oC 10
Hình 1.5. Sự chuyển hóa và trao đổi chất của curcumin trong huyết tương chuột 10
Hình 1.6. Ảnh hưởng của THC đối với các bệnh liên quan đến con người [51]

11

Hình 1.7. Cấu trúc của THC
Hình 1.8. Hoạt tính chống oxi hóa của curcuminoid và tetrahydrocurcuminoid
trong các mơ hình phịng thí nghiệm
Hình 1.9. Khả năng ức chế của THC, curcumin và BDMC đối với gốc DPPH
Hình 1.10. Tình hình nhập khẩu THC của một số nước trên thế giới trong 3 năm
qua (2013-2016)
Hình 2.1: Thiết bị phản ứng cao áp Parr Inst. (Mỹ)

12

Hình 2.2: Quy trình tinh chế curcuminoid hàm lượng từ 95% lên 98%

22

Hình 2.3. Xây dựng quy trình bán tổng hợp THC (hàm lượng  90%)

24

Hình 3.1: TLC của sản phẩm kết tinh lại trong MeOH

30

Hình 3.2: TLC của sản phẩm kết tinh lại trong MeOH 80%

31

Hình 3.3: TLC của sản phẩm kết tinh lại trong axetone 80%

32

Hình 3.4: TLC của sản phẩm kết tinh lại trong ethyl acetate/n-hexane:7/3

33

Hình 3.5: Sắc ký đồ HPLC

41

Hình 3.6: Hình ảnh SEM của xúc tác Ni-Raney trước và sau khi hoạt hóa

43

Hình 3.7. TLC của hỗn hợp phản ứng trong các dung mơi khác nhau

37

Hình 3.8. TLC của hỗn hợp phản ứng tại áp suất 3,5 – 5 bar

38

Hình 3.9: Ảnh hưởng của thời gian đến phản ứng tạo sản phẩm

39

Hình 3.10. TLC của hỗn hợp phản ứng tại 70oC

40

Hình 3.11. TLC của hỗn hợp phản ứng tại 50oC và 90oC

41

Hình 3.12: Ảnh hưởng của dung mơi đến hiệu suất kết tinh

44

Hình 3.13. TLC của sản phẩm sau kết tinh

45

Hình 3.14. Sơ đồ quy trình cơng nghệ bán tổng hợp THC

47

ix

13
15
20
22


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hồng]
Hình 3.15. TLC của hỗn hợp phản ứng tại điều kiện tối ưu

47

Hình 3.16. TLC của sản phẩm sau tảy màu ở các tỉ lệ than hoạt tính khác nhau

48

Hình 3.17. Sản phẩm sau giai đoạn làm sạch

49

Hình 3.18. TLC của các phân đoạn thu được khi chạy sắc ký cột

51

Hình 3.19. Enol:5-hydroxy-1,7-bis-(4-hydroxy-3-methoxy-phenyl)-heptan-3-one 52

x


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hoàng]
MỞ ĐẦU
Từ xa xưa, củ nghệ đã được sử dụng phổ biến ở một số nước Châu Á như
một thứ gia vị chính giúp điều hương, tạo mùi vị và màu sắc hấp dẫn cho thực
phẩm. Khơng những thế, nghệ cịn được biết đến như một loại thuốc quý dùng để trị
mụn nhọt, làm liền sẹo, làm lành vết thương … và đặc biệt dùng để chữa bệnh có
liên quan đến dạ dày. Ngày nay, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, người ta
đã phát hiện ra nhóm nhất màu curcuminoid – tuy chỉ chiếm tỉ lệ nhỏ nhưng là
nhóm hoạt chất chính tạo nên các tác dụng sinh học quan trọng của củ nghệ. Trong
những năm gần đây, cùng với xu hướng quay trở về sử dụng các sản phẩm từ thiên
nhiên, việc phát triển những hoạt chất có nguồn gốc thảo dược ngày càng trở thành
mối quan tâm lớn. Trong đó, nhóm chất màu curcuminoid được chiết xuất từ thân rễ
của cây Nghệ vàng Curcuma longa đã thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa
học bởi các tác dụng sinh học quan trọng. Curcumin là thành phần chính được tìm thấy
trong thân cây nghệ vàng, ngồi ra cịn có demethoxycurcumin, bisdemethoxycurcumin.

Curcumin đã được nghiên cứu và chứng minh có tác dụng sinh học như chống oxy hóa,
kháng khuẩn, kháng virus, kháng viên, chống ung thư, làm lành vết thương, làm liền sẹo,
… Mặc dù, curcumin có nhiều tác dụng quan trọng, tuy nhiên lại có nhược điểm là
khó tan trong nước, độ ổn định kém, bị chuyển hóa nhanh chóng khi sử dụng theo
đường uống; do đó sinh khả dụng của curcumin thấp. Mặt khác, curcumin lại có
màu vàng và khó rửa sạch nên nhu cầu sử dụng curcumin bị hạn chế, đặc biệt, trong
mỹ phẩm. Với những hạn chế của curcumin thì việc sử dụng curcumin trong các
chế phẩm dùng ngoài da và mỹ phẩm dần được thay thế bằng tetrahydrocurcumin
(THC), một chất bán tổng hợp từ curcumin. THC là hoạt chất có tiềm năng ứng
dụng lớn trong bào chế mỹ phẩm bởi tác dụng kháng viêm, chống ơxi hóa mạnh và
tính chất khơng màu của nguyên liệu. Đồng thời, THC được coi là chất chuyển hóa
cuối cùng của curcumin trong cơ thể, do đó nếu sử dụng THC thay thế thì có thể
khắc phục được nhược điểm sinh khả dụng kém của curcumin. Chính vì hiệu quả
điều trị, giá trị kinh tế nếu được bào chế thích hợp và xuất phát từ nhu cầu cho sản
phẩm đầu ra được thị trường quan tâm, THC được rất nhiều các nhà khoa học trên
thế giới quan tâm nghiên cứu nhiều và hiện có một vài nghiên cứu phát triển quy
trình bán tổng hợp THC phục vụ cho quy mô sản xuất. Năm 2009, THC đã được
1


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hồng]
nhóm nghiên cứu của Trần Khắc Vũ tại Đại học Bách khoa Hà Nội, bán tổng hợp
sử dụng xúc tác Zn-NiCl2 kết hợp sóng siêu âm. Tuy nhiên, kết quả mới chỉ dừng ở
nghiên cứu thăm dị quy mơ phịng thí nghiệm, hiệu suất không cao, chưa thể ứng
dụng trong sản xuất. Sau đó, nhóm nghiên cứu bán tổng hợp các hoạt chất có hoạt
tính sinh học của Viện Hóa học Cơng nghiệp Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu
tổng hợp THC qua đề tài cấp bộ của Bộ Công Thương đã được nghiệm thu năm
2013. Xuất phát từ những lý do trên, em tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu
bán tổng hợp tetrahydrocurcumin (curcumin trắng) và khả năng ứng dụng
trong mỹ phẩm và thực phẩm chức năng”

Mục đích của đề tài:
Xây dựng quy trình bán tổng hợp THC
Nội dung nghiên cứu:
- Nội dung 1: Xây dựng quy trình tinh chế curcuminoid hàm lượng 95% lên
98%
- Nội dung 2: Xây dưng quy trình bán tổng hợp THC  90%
- Nội dung 3: Xây dựng quy trình tinh chế THC  98%
- Nội dung 4: Đánh giá chất lượng sản phẩm và khả năng ứng dụng trong mỹ
phẩm và Thực phẩm chức năng

2


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hoàng]
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Giới thiệu chung về chi Nghệ Curcuma
Từ thời xa xưa cây họ Gừng (Zingiberaceae) đã được sử dụng làm gia vị
trong thực phẩm và làm thuốc trong Y học cổ truyền Ấn Độ, Trung Quốc, Việt Nam
… Trong đó có một số lồi thuộc chi Nghệ (Curcuma) như C. longa (Nghệ vàng),
C. aromatica (Nghệ dại) và C. xanthorrhiza (Nghệ Java). Trong đơng y, vị thuốc có
tên khương hồng - Rhizoma curcuma longae - chính là thân rễ của nghệ vàng,
được thái lát, hấp trong 6 - 12 giờ, sau đó để ráo nước rồi phơi nắng và sấy khơ.
Khương hồng có vị đắng, tính bình, có tác dụng hành khí, hoạt huyết, làm tan máu
đọng và giảm đau, chữa viêm loét dạ dày, tá tràng, viêm gan, vàng da, kinh nguyệt
khơng đều. Bột nghệ cịn được dùng ngoài để chữa thấp khớp, tay, chân đau nhức,
mụn nhọt, ghẻ. Tương tự, từ lâu trong dân gian con người đã biết kết hợp nghệ với
mật ong hấp vào nồi cơm ăn hàng ngày vào 10 giờ sáng, 10 giờ tối hoặc lúc dạ dày
đói nhất chữa viêm loét dạ dày, giúp thông ứ, hành huyết…, dùng khoảng 3 - 6
tháng sẽ thấy hiệu quả. Nghệ tươi giã nát, lọc lấy nước uống có thể chữa ngộ độc bã
đậu [3].

Một số chất được phân lập từ các loài Curcuma là các chất có hoạt chất sinh
học q (Hình 1.1). Ví dụ, curcumol (1), một sesquiterpene tách ra từ C.
aromatica, thể hiện hoạt tính cao trong điều trị ung thư cổ tử cung [20]. Tuy
nhiên, phần lớn dược tính có khả năng trị bệnh của các loài Curcuma nằm ở các
curcuminoid, là các polyphenol và là chất tạo màu vàng cho củ nghệ. Chất màu
curcuminoid chiếm 0,3%, là tinh thể nâu đỏ, ánh tím, khơng tan trong nước, tan
trong rượu, ete, cloroform, dung dịch có huỳnh quang màu xanh lục. Màu sắc của
curcuminoid biến đổi theo môi trường pH, trong axit có màu đỏ tươi, trong kiềm
có màu đỏ máu rồi ngả tím. Hiện nay, đã có hơn 2000 bài báo về các tác dụng sinh
học và tính chất hóa học của các curcuminoid [8, 10, 30].
Các hợp chất curcuminoid trong C. longa và các loài Curcuma khác chủ yếu
là curcumin (2), demethoxycurcumin (DMC) (3) và bisdemethoxycurcumin
(BDMC) (4). Trong số này, curcumin được nghiên cứu nhiều nhất và thể hiện một
loạt các tác dụng sinh học như chống viêm, chống oxi hóa, chống HIV, phịng
3


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hoàng]
chống nguy cơ ung thư, ung thư tuyến tiền liệt, ung thư đường tiêu hóa ...
H

O
O

O
OMe

MeO

OH

OH

HO
Curcumin (2)

Curcumol (1)
O

O

O

O

MeO
OH

HO

OH

HO
Bisdemethoxycurcumin (4)

Demethoxycurcumin (3)

Hình 1.1. Một số chất có hoạt tính sinh học q đƣợc
phân lập từ các lồi Curcuma
1.2. Curcumin

Curcumin là thành phần chính của Curcuminoid trong củ nghệ Curcuma
longa Linn. Từ thế kỷ XIX, trong phần chất rắn kết tinh từ cao dịch chiết của củ
nghệ vàng, người ta đã phân lập được các dẫn xuất feruloylmetan có màu vàng cam
là curcumin và các chất tương tự.
1.2.1. Đặc tính lý hóa của curcumin
O

O
1

2"

MeO

1"

3"

2
4"

HO

7

5

3
4

2'
1'

3'
4'

6'

6"

5'

5"

OMe

6

OH

Cơng thức phân tử: C21H20O6
Khối lượng phân tử: 368 dvC
Danhpháp: 1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadiene-3,5-dione
Nhiệt độ nóng chảy: 183°C
Màu sắc: Vàng cam tươi
Tính tan: Tan trong axeton, metanol, etanol, etylaxetat, tan trong dung dịch
kiềm nhưng không tan trong nước ở pH trung tính và axit. Để hịa tan curcumin
trong nước người ta phải sử dụng các chất hoạt động bề mặt như natri dodecyl
sulfat, gelatin, polysacharid, polyetylenglycol, cyclodextran. Trong dung dịch,
4

[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hoàng]
curcumin tồn tại ở trạng thái cân bằng giữa dạng keto và dạng enol. Cấu trúc dạng
enol ổn định hơn về mặt năng lượng ở pha rắn và dạng dung dịch [14].
O

O

O

OH

R1

R2

R1

R2

HO

OH

HO

OH

Keto

Enol

Bằng cách hòa tan curcumin trong các dung dịch đệm phosphate ở pH từ 111 và phân tích trên thiết bị HPLC, Tonnesen và các cộng sự (1985) đã xác định
được các dạng tồn tại của curcumin trong dung dịch và góp phần giải thích cơ chế
solvat hóa curcumin ở các pH khác nhau [46].
+ pH < 1: Curcumin tồn tại ở dạng H4A+, dung dịch có màu đỏ:
OH OH
R1

R2

HO

OH

+

+ pH từ 1-7: Curcumin bền ở dạng trung tính H3A có màu vàng cam trong
dung dịch:
O

OH

R1

R2

HO

OH

+ pH > 7,5: Dung dịch lại chuyển sang màu đỏ tía, curcumin lúc này khơng bền
vững và chuyển thành các dạng H2A- ( pH 7,8), HA2- (pH 8,5) và A3- (pH 9).
pH 7,8: H2A- có dạng:
O-

O
R1

R2

HO

OH

pH 8,5: HA2- có dạng:
O-

O
R1

R2

HO

O-

pH 9: A3- có dạng:
O-

O
R1

R2

-O

O-

5


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hoàng]
Các hợp chất curcumin nhìn chung tương đối bền ở mơi trường axit (pH<1).
Ở trong dung dịch nước có pH > 8,5, chỉ sau khoảng 30 giờ curcumin bị thủy phân
thành axit ferulic và feruloylmetan – hợp chất sẽ bị thủy phân tiếp tục thành vanilin
và axeton theo sơ đồ dưới đây [50].
1.2.2. Hoạt tính sinh học của curcumin
Nhiều cơng trình nghiên cứu thử nghiệm ở các nước trên thế giới đã khẳng
định từ lâu rằng hoạt chất curcumin có tác dụng ức chế tế bào ung thư vào loại
mạnh. Các khối u da, tuyến vú, khoang miệng, thực quản, dạ dày, ruột, đại tràng,
phổi và gan đã bị dập tắt bởi curcumin [8, 10]. Năm 2000 trong chương trình phát
triển ứng dụng curcumin làm thuốc chống ung thư, Viện nghiên cứu Quốc gia Mỹ
(NCI) đã thực hiện một số thống kê so sánh khả năng bị nhiễm bệnh ung thư và tử
vong của các nhóm cộng đồng có trình độ phát triển xã hội tương đương ở Mỹ
(không sử dụng curcumin) và Ấn Độ (có sử dụng curcumin)[5]. Các kết quả thống
kê trên cho thấy việc sử dụng curcumin như là một loại thực phẩm chức năng hoặc
sử dụng hỗ trợ trong điều trị đã làm giảm rất nhiều tỷ lệ mắc phải vì các bệnh ung
thư. Đặc biệt, các nghiên cứu lâm sàng cũng chứng tỏ curcumin không chỉ là loại

thuốc hồn tồn khơng độc đối với tim, phổi và thận [30] mà còn ức chế sự phát
triển của tế bào ung thư.
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của các hợp chất thiên nhiên đặc biệt là
các ngành sinh học phân tử, hoạt tính của curcumin đã được làm sáng tỏ bởi các
nghiên cứu về cơ chế tác dụng của các hợp chất này đối với các enzym cũng như
đối với các tác nhân miễn dịch và các tác nhân gây bệnh trong cơ thể sinh vật. Khả
năng chống oxi hóa của curcumin trong cơ thể sinh vật dựa vào tác dụng ức chế các
enzym peroxy hóa lipit và các enzym thuộc nhóm HIF, hoạt động của các enzym
này gây cản trở sự vận chuyển oxy huyết [8, 10]. Ngồi ra curcumin cịn có khả
năng kích thích hoạt tính của enzym hemeoxygenaza điều khiển hoạt động trao đổi
oxy của hồng cầu.
Tuy nhiên, do cấu trúc nội tại của phân tử curcumin và do khả năng hòa tan
kém trong nước, curcumin chỉ được hấp thụ một cách hạn chế vào cơ thể [5, 23].
Hoạt lực phòng và trị bệnh của curcumin, vì vậy, khơng được phát huy một cách tối
đa nhất.
6


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hoàng]
Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy các dẫn xuất và những hỗn hợp chế
phẩm của curcumin hoặc thể hiện hoạt tính cao hơn, đa dạng hơn hợp chất gốc (các
dẫn xuất Hydrazinocurcumin là những hợp chất có tiềm năng trong phịng và điều
trị các bệnh về tê liệt và thối hóa hệ thần kinh: Parkinson, Alzeheimer, Huntington)
[4] hoặc giúp tăng cường khả năng hấp thụ bộ khung cấu trúc curcumin vào cơ thể
nhờ tính tan trong nước được cải thiện rõ rệt (một số dẫn xuất curcumin glucosid có
độ hịa tan trong nước cao hơn hợp chất gốc hàng trăm cho tới hàng chục triệu lần;
chế phẩm hỗn hợp Curcumin-Piperin làm tăng độ hấp thụ curcumin lên hàng chục
lần)[43].
Ở Việt Nam, ứng dụng khả năng phòng, trị bệnh của curcumin mới chỉ dừng
ở mức hoặc sử dụng trực tiếp hỗn hợp nói trên hoặc bổ sung nó vào một số loại thực

phẩm chức năng với mục đích giúp tăng cường sức đề kháng của cơ thể, ngăn ngừa
ung thư, đau dạ dày, chống lão hóa… Chỉ mới gần đây, khi nghiên cứu về một dạng
“Super Curcumin” (Một chế phẩm kết hợp Curcumin- Piperin) của các nhà khoa
học Ấn Độ được biết tới, ứng dụng của curcumin tại Việt Nam được nâng lên ở
mức ưu việt hơn với sản phẩm Linh Can Khang. Đây là sự kết hợp hiệu quả giữa
thành tựu khoa học thế giới và tinh hoa của thảo dược Việt Nam. “Super Curcumin”
đã được kết hợp với các dược liệu quý khác (Cao Diệp Hạ Châu, rễ cây Hoàng Kỳ
và dược liệu Ngũ Vị Tử) để cho ra đời một sản phẩm hỗ trợ điều trị viêm gan toàn
diện – một giải pháp mới hữu hiệu trong hỗ trợ điều trị viêm gan siêu vi B [43].
Bên cạnh đó, các dẫn xuất hydro hóa của curcumin (Hình 1.2) bao gồm
dihydrocurcumin (DHC), hexahydrocurcumin (HHC), octahydrocurcumin (OHC)
và đặc biệt là THC đang thu hút rất nhiều sự chú ý của các nhà khoa học bởi những
hoạt tính sinh học mạnh hơn rất nhiều.

7


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hồng]
O

O
OMe

MeO
HO

Curcumin

H2

O

O
OMe

H2

O

O
OMe

MeO

OH
OMe

MeO

H2

OH

HO

OH

HO

H2

H2

O

MeO

OH

OH

HO

Dihydrocurcumin

Tetrahydrocurcumin

Hexahydrocurcumin

(DHC)

(THC)

(HHC)

H2

H2

H2

OH OH
OMe

MeO

OH

HO

Octahydrocurcumin
(OHC)

Hình 1.2. Các sản phẩm hydro hóa của curcumin
8


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hoàng]
1.3. Dẫn xuất THC.
THC là một trong những dẫn xuất hydro hóa của curcumin, được tạo thành khi
no hóa hai liên kết đơi trên mạch carbon trung tâm của curcumin bằng khí hydro ở
điều kiện thích hợp với sự có mặt của chất xúc tác.
1.3.1. Đặc tính lý hóa của THC
Cơng thức phân tử: C21H24O6
O

O
1

2"

MeO

1"

3"

2
4"

HO

7

5

3
4

2'
1'

3'

6
4'

6'

6"

5'

5"

OMe
OH

Khối lượng phân tử: 372 dvC.
Danh pháp: 1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)heptane- 3,5-dione
Nhiệt độ nóng chảy: 98 – 99oC
Hình dạng: Tinh thể hình kim, màu trắng
Tính tan: Tan trong các dung mơi hữu cơ phân cực như: axeton, metanol,
etanol, etyl axetat…

Hình 1.3: Tetrahycrocurcumin ở dạng bột
1.3.2. Hoạt tính sinh học của THC
Biểu hiện in vivo của chất có hoạt tính sinh học phụ thuộc nhiều vào độ ổn định
của nó ở các giá trị pH sinh lý. Độ ổn định của curcumin và THC ở các pH khác nhau
đã được nghiên cứu [33]. Kết quả cho thấy THC rất ổn định trong môi trường đệm
phosphate 0,1M tại các giá trị pH khác nhau. Hơn nữa, THC còn ổn định hơn
9


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hồng]
curcumin trong mơi trường đệm phosphate tại pH 7,2 ở 37oC (Hình 1.4). Những kết
quả này, cùng với những nghiên cứu về tác dụng hóa lý của curcumin đối với cơ thể
chuột, cho thấy rằng curcumin-glucuronoside, dihydrocurcumin-glucuronoside, THCglucuronoside và THC là các chất chuyển hóa chủ yếu của curcumin trong điều kiện in
vivo (Hình 1.5).

Hình 1.4. Độ bền của curcumin và THC trong mơi trường đệm phosphate ở 37oC
Curcumin

Curcumin-glucuronoside
ß-glucuronidase

Reductase

Reductase
UDP-glucuronosyl transferase

Dihydrocurcumin

Dihydrocurcumin-glucuronoside
ß-glucuronidase

Reductase

Reductase
UDP-glucuronosyl transferase

Tetrahydrocurcumin

Tetrahydrocurcumin-glucuronoside
ß-glucuronidase

Reductase

Reductase
UDP-glucuronosyl transferase

Hexahydrocurcumin

Hexahydrocurcumin-glucuronoside
ß-glucuronidase

Hình 1.5. Sự chuyển hóa và trao đổi chất của curcumin trong huyết tương chuột
10


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hoàng]
THC được nhận dạng lần đầu tiên bởi Holder năm 1978 khi nghiên cứu sự trao
đổi chất và sự bài tiết của curcumin trong cơ thể chuột [48]. Từ đó, THC đã được
chứng minh thể hiện hoạt tính phịng ngừa sinh lý và dược lý tương tự curcumin như
chống oxi hóa, diệt gốc tự do, chống ung thư và ung thư di căn [19, 44]. Một số nghiên
cứu cũng đã chỉ ra rằng THC thể hiện nhiều các hoạt tính sinh học có lợi cho sức khỏe
con người hơn curcumin (Hình 1.6) [51]. Ngồi ra, trong chế độ ăn uống có sử dụng
curcumin hoặc THC, lượng THC và các hợp chất của nó (như sulfates và
glucuronides) được tìm thấy trong gan và huyết thanh lớn hơn so với curcumin. Điều
đó chứng tỏ THC dễ dàng được hấp thụ qua đường tiêu hóa hơn [30]. Curcumin cũng
như dẫn xuất của nó, THC đã được chứng minh là có khả năng chống oxi hóa, kháng
viêm, chống ung thư, chống bệnh tiểu đường.., trong đó khả năng chống oxi hóa của
THC được coi trọng nhất, đặc biệt trong lĩnh vực mỹ phẩm [13, 23].

Hình 1.6. Ảnh hưởng của THC đối với các bệnh liên quan đến con người [51]
1.3.2.1.Tác dụng chống ơxi hóa
Sự mất cân bằng oxi hóa (Oxidative stress) thường được gây ra bởi các gốc tự
do - sản phẩm của quá trình trao đổi chất của các tế bào bình thường. Đó là các nhóm
chất hoạt động có một electron chưa ghép đơi ở lớp ngồi cùng, dẫn đến sự biến đổi
khơng rõ ràng của các chất béo, protein và axit nucleic, góp phần vào việc hình thành

11


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hoàng]
một loạt bệnh khác nhau bao gồm lão hóa, tiểu đường, thối hóa thần kinh, và ung thư
[37-38]. Cấu trúc của THC bao gồm hai nhóm phenolic hydroxy và một nhóm βdiketone rất đặc trưng cho phân tử chất chống oxi hóa (Hình 1.7). Năm 1996,
Sugiyama và cộng sự đã phát hiện rằng THC sinh ra bốn sản phẩm oxi hóa của nhóm
β-diketone sau khi phản ứng với các gốc peroxyl [44]. Điều này gợi ý rằng cấu trúc βdiketone giữ vai trò quan trọng trong hoạt tính chống oxi hóa của THC.
O
CH2
CH2

C

O
CH2

C

ß-diketone

CH2
CH2

Phenolic hydroxy

MeO

OMe
OH

OH

Hình 1.7. Cấu trúc của THC
Hoạt tính chống oxi hóa của THC đã được nghiên cứu trong cả in vivo lẫn in
vitro. Các nghiên cứu đều chỉ ra rằng, THC có khả năng chống oxi hóa cao hơn
curcumin và các dẫn xuất khác. Trong nghiên cứu in vitro [31] đánh giá tác dụng
chống ơxi hóa tương đối của các curcuminoid và các dẫn xuất hydro hóa tương ứng
của chúng đối với axit linoleic trong hệ ethanol/nước, cũng như đối với màng hồng cầu
thỏ và gan chuột, kết quả cho thấy hoạt tính chống oxi hóa của các dẫn xuất hydro hóa
đều cao hơn các curcuminoid ban đầu, trong đó THC thể hiện hoạt tính mạnh nhất
trong tất cả các thí nghiệm (Hình 1.8). Các tác giả kết luận rằng THC có thể đóng vai
trị quan trọng trong cơ chế chống ôxi hóa của curcumin in vivo. Tương tự, trong một
nghiên cứu sau đó, nhóm tác giả đã tiếp tục chứng minh đặc tính chống ơxi hóa mạnh
hơn của THC và giải thích được cơ chế tác dụng [44]. THC thể hiện khả năng ức chế
mạnh hơn curcumin trong mơ hình lipid peroxidation trên màng hồng cầu gây ra bởi
tert-butylhydroperoxide. Tác giả cho rằng khung β-diketone của THC thể hiện hoạt
tính chống ơxi hóa qua việc phân cắt liên kết C-C ở cacbon methylene giữa hai nhóm
carbonyl trung tâm.

12


[Luận văn Thạc sĩ – Vũ Ngọc Hồng]

Hình 1.8. Hoạt tính chống oxi hóa của curcuminoid và tetrahydrocurcuminoid
trong các mơ hình phịng thí nghiệm. (A) Mơ hình màng hồng cầu thỏ; (B) Mơ hình
vi lạp thể gan chuột; (C) Mơ hình tự oxi hóa axit linoleic được xác định bằng
phương pháp TBA và (D) phương pháp thiocyanate.
Venkatesan và cộng sự [48] đã chứng minh rằng THC có hoạt tính cao hơn

curcumin trong việc ngăn chặn nhóm nitrit gây ra quá trình oxi hóa của haemoglobin
thành methaemoglobin và làm giảm lượng hồng cầu. Thời gian cần để oxi hóa 50%
haemoglobin thành methaemoglobin (t1/2) đối với mẫu trắng là 7,5 ± 0,7 phút. Với sự
có mặt của THC, giá trị thời gian t1/2 này tăng lên 54,6 ± 0,5 phút – cao nhất trong các
mẫu so sánh ở cùng nồng độ 5 (µM), trong khi t1/2 của curcumin chỉ đạt 39,7± 0,4 phút
– tương đương với t1/2 của chất chống oxi hóa chuẩn α-tocopherol. Nhóm tác giả giải
thích rằng chính sự no hóa mạch cacbon trung tâm làm cho độ tan của THC tăng lên
dẫn đến tăng hoạt tính. Bên cạnh đó, THC cũng thể hiện hiệu lực mạnh hơn trong việc
bảo vệ chống lại Fe – NTA (Ferric nitrilotriacetate), một tác nhân gây tổn thương thận
ở chuột. THC ức chế đáng kể sự hình thành của 2-thiobarbituric acid, 4-hydroxy-2nonenal-modified proteins và 8-hydroxy-29-deoxyguanosine trong thận; trong khi
curcumin chỉ ức chế đc sự tạo thành của 4-hydroxy-2-nonenal-modified proteins [23].
Năm 2007, các nhà khoa học Thái Lan [36] đã nghiên cứu so sánh khả năng
diệt gốc tự do DPPH (1,1’-diphenyl-2-picrylhydrazyl) của curcumin và các dẫn xuất.
13