Nghiên cứu tách curcumin từ củ nghệ vàng

52
Tạp chí Hóa học, T. 45 (ĐB), Tr. 52 - 57, 2007
NGHIÊN CứU TáCH CURCUMIN Từ Củ NGHệ VàNG
BằNG PHƯƠNG PHáP TRíCH LY SIÊU ÂM
Đến Tòa soạn 15-11-2007
Trần Trung Kiên, Nghiêm Xuân Sơn, Phùng Lan Hơng, Phạm Văn Thiêm
Bộ môn Quá trình Thiết bị Công nghệ Hóa-Thực phẩm, Tr/ờng Đại học Bách khoa H2 Nội
Summary
The paper presents the first results of study on isolation of curcumin from curcuma longa L.
by ultrasonic extraction. The results show that by using ultrasonic technique the extraction
efficiency in comparison with the solid-liquid extraction with stirring and thermal treatment will
be increased and in the other hand the extraction time will be reduced nearly 90%. In addition,
ultrasonic extraction results in reducing cost and decomposed curcumin significantly due to the
thermal treatment. This method requires only simple manipulation and equipments, and could be
applied on pilot and industry scale.
Keywords: curcumin, curcuma longa. L, ultrasonic extraction.

I - Mở đầu
Curcumin C
21
H
20
O
6
l một hỗn hợp của ba
curcuminnoit có tên l curcumin, demetoxy-
curcumin v bisdemetoxycurcumin, đ'ợc chiết
ra từ củ nghệ vng (tên khoa học Curcuma
longa L., thuộc họ gừng) rất phổ biến ở ấn Độ
v Đông Nam á. Hoạt chất curcumin đ9 đ'ợc
chứng minh l ẩn chứa những hoạt tính sinh học

đặc biệt, có tác dụng sinh học rất quí, có khả
năng chữa các bệnh nan y: chống oxi hóa [1],
phòng v chống ung th' [2], chống viêm [3],
chữa bệnh tim mạch [4], bệnh đái tháo đ'ờng
[5] v bảo vệ tế bo thần kinh [6].
Việc nghiên cứu ph'ơng pháp tách chiết
curcumin với hiệu suất v chất l'ợng cao từ củ
nghệ vì thế l một h'ớng 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 đ9 áp dụng cả công nghệ truyền
thống l trích ly rắn - lỏng thông th'ờng (có
hoặc không có khuấy trộn), trích ly shoxlet [8],
lẫn công nghệ hiện đại l trích ly CO
2
siêu tới
hạn [7, 10, 11].
Tuy nhiên do hm l'ợng curcumin trong củ
nghệ nhỏ v khả năng ho tan trong các dung
môi thông dụng (etanol, metanol,) thấp nên
quá trình trích ly truyền thống th'ờng kéo di 8
ữ 48 h, ở nhiệt độ 50
o
C ữ 70
o
C v hiệu suất trích
ly cũng không cao. Kết quả khảo sát tại một số
cơ sở sản xuất trong n'ớc cho thấy quá trình
trích ly curcumin phải kéo di nhiều giờ, l'ợng
curcumin trích ly đ'ợc nhỏ hơn 1% với dung

môi etanol v nhỏ hơn 2% với dung môi
metanol.
Trích ly curcumin theo ph'ơng pháp CO
2
siêu tới hạn cho kết quả khá tốt, hiệu suất trích
ly v độ tinh khiết cao. Tuy nhiên chi phí cho
ph'ơng pháp ny quá đắt, không phù hợp với
thực tế sản xuất ở Việt Nam hiện nay.
Để khắc phục những hạn chế trên đ9 có một
số h'ớng nghiên cứu nh':
- Tăng nhiệt độ trích ly dẫn đến tăng hiệu
suất trích ly, rút ngắn thời gian nh'ng lại khiến
curcumin phân huỷ mạnh: l'ợng curcumin phân
huỷ ở 50
o
C l 2% v ở 70
o
C l 4% [7].
53
- Tiến hnh trích ly nhiều bậc có thể thu triệt
để l'ợng curcumin, tăng hiệu suất trích ly nh'ng
cũng tăng thời gian v hm l'ợng tạp chất lên
nhiều lần.
- Tiến hnh trích ly curcumin với các dung
môi khác nhau [9]: trong đó một số dung môi
nh' 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 v có tính độc

không thật sự phù hợp với quá trình trích ly các
chất phục vụ công nghiệp d'ợc v thực phẩm.
Bi báo ny ứng dụng sự hỗ trợ của sóng
siêu âm vo quá trình trích ly curcumin từ củ
nghệ. Siêu âm l một ph'ơng pháp không sử
dụng nhiệt có tác dụng phá vỡ cơ học thnh tế
bo v nâng cao hiệu quả chuyển khối. Ưu điểm
ny đ'ợc ứng dụng vo trích ly để hỗ trợ sự phá
hủy tế bo nhanh hơn v hiệu quả hơn so với
trích ly khuấy trộn. So với các ph'ơng pháp
không gia nhiệt khác nh' áp suất thủy tĩnh cao
(HP), khí nén CO
2
(cCO
2
) v CO
2
siêu tới hạn
(ScCO
2
), siêu âm dễ dng thử nghiệm trong
phòng thí nghiệm, cho kết quả có tính lặp lại
cao phù hợp với việc chuyển qui mô.
ý t'ởng sử dụng siêu âm còn nhằm giảm
công đoạn xử lý nguyên liệu đầu, giảm đáng kể
thời gian trích ly, không phải gia nhiệt m
không lm giảm hiệu suất trích ly dẫn đến giảm
chi phí đáng kể.
Có thể thấy đây l một kết quả ban đầu rất
đáng khích lệ để tiến tới nghiên cứu cải tiến đ'a

ra một công nghệ tối 'u trích ly curcumin từ củ
nghệ ở qui mô bán sản xuất v công nghiệp.
II - Nguyên liệu, thiết bị v,
phơng pháp nghiên cứu
1. Nguyên liệu nghiên cứu
ở n'ớc ta, nghệ vng đ'ợc trồng nhiều ở
Bắc Giang, Khoái Châu, H'ng Yên, Cần Thơ, vì
thế chúng tôi sử dụng nguyên liệu l củ nghệ
khô lấy từ Bắc Giang với 2 kích th'ớc khác
nhau: dạng bột v dạng lát dy 3 mm.
Dung môi trích ly: etanol 90
O
Dung môi, hóa chất phân tích: dung dịch
đệm phosphate 0,02 M pha theo DĐVN III tập
1, metanol HPLC, axeton nitril HPLC.
2. Thiết bị
Hệ thống trích ly có khuấy trộn tại Phòng
thử nghiệm Trung tâm Giáo dục v Phát triển
sắc ký Tr'ờng Đại học Bách khoa H Nội.
Thiết bị siêu âm: thiết bị siêu âm của h9ng
Telsonic (Thụy Sĩ) loại TPC-280.
Thiết bị sắc ký HPLC: máy sắc ký HPLC
Agilent 1100, Detector: UV-VIS, cột pha đảo
RP - C18 25 cm, đ'ờng kính trong 4 mm, kích
th'ớc hạt nhồi 5 mm.
3. Ph ơng pháp nghiên cứu
Trích ly th'ờng có khuấy trộn: Thời gian
trích ly l 8 giờ, nhiệt độ l 60
o
C, dịch trích thu

đ'ợc đ'ợc xử lý tiếp nh' dịch trích ở quá trình
trích ly siêu âm (hình 1).
Trích ly siêu âm: Sóng siêu âm có tác dụng
khuấy trộn mạnh, lm di chuyển các lớp chất
lỏng tạo ra sự chênh lệch nồng độ ở bề mặt phân
cách các pha do hiệu ứng chảy âm v hiệu ứng
tạo lỗ hổng, tăng c'ờng độ khuếch tán đối l'u.
Tần số siêu âm cao thì sự khuấy trộn cng
mạnh. Nh'ng tần số sóng siêu âm lớn sẽ lm
cho vật liệu bị xé nhỏ, tạo điều kiện cho các tạp
chất sẽ hòa tan trong dung môi. Do đó với mỗi
vật liệu đòi hỏi một dải tần số sóng thích hợp
nên chúng tôi đ9 thử nghiệm trích ly siêu âm với
3 tần số khác nhau: 35 KHz, 25 KHz, 20 KHz.
Thời gian trích ly l 10, 15 v 20 phút, nhiệt độ
l 28
o
C. Các mẫu nghệ đ'ợc ngâm trong dung
môi theo tỷ lệ 1:6 v đ'a vo bể siêu âm để trích
ly theo các thời gian v tần số trên.
Ton bộ quy trích tách curcumin tiếp theo
đ'ợc tóm tắt trong sơ đồ hình 1.
Định l'ợng curcumin theo [12]: B'ớc sóng
phát hiện 425 nm, vận tốc dòng 0,6 ml/phút, thể
tích tiêm 20 àl.
III - Kết quả v, thảo luận
Kết quả thử nghiệm đ'ợc trình by trên hình
2 v 3.
Hình 2 l kết quả trích ly curcumin từ nghệ
lát dy 3 mm, chỉ ra sự ảnh h'ởng của thời gian

54
Hình 1: Quy trình tách curcumin
v tần số đối với hiệu suất trích ly bởi ph'ơng
pháp trích ly siêu âm, có so sánh với ph'ơng
pháp trích ly rắn lỏng có khuấy v gia nhiệt. Kết
quả t'ơng tự trên hình 3 đối với trích ly
curcumin từ bột nghệ.
Khảo sát sơ bộ các số liệu cho thấy thời gian
trích ly thích hợp l 15 phút, giảm 192 lần so với
trích ly thông th'ờng không khuấy trộn ở cùng
điều kiện nhiệt độ, giảm 32 lần (giảm hơn 90%)
so với tr'ờng hợp có khuấy trộn v gia nhiệt.
Hiệu suất thu đ'ợc từ trích ly siêu âm còn
cao hơn trích ly th'ờng có khuấy trộn v gia
nhiệt.
Kết quả ny, cộng với việc loại bỏ thao tác
gia nhiệt không những lm tăng năng suất quá
trình trích ly m còn giảm năng l'ợng tiêu thụ
cũng nh' giảm l'ợng curcumin phân huỷ do
nhiệt độ.
Các kết quả cũng chứng tỏ hiệu suất trích ly
tăng theo tần số sóng siêu âm v quá trình trích
ly không yêu cầu chặt chẽ về kích th'ớc vật
liệu.
Với kết luận ny, trong những nghiên cứu
tiếp theo chúng tôi sẽ tiến hnh thử nghiệm
dùng siêu âm để tiền xử lý củ nghệ thô, bao
gồm rửa v trích ly trực tiếp từ nghệ lát. Nh'
vậy tiếp tục góp phần giảm đ'ợc giá thnh.

Trớch ly siờu õm ngh lỏt 3mm
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
20 KHz 25 KHz 35 KHz Khuy
Thi gian, phỳt
Hiu sut, %
10 15 20 480

Hình 2: ảnh h'ởng của tần số, thời gian trích tới hiệu suất trích ly curcumin từ nghệ lát dy 3 mm

55
Trớch ly siờu õm ngh lỏt 3mm
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0
,6
0,7

0
,8
0,9
1
20 KHz 25 KHz 35 KHz Khuy
Thi gian, phỳt
Hiu sut, %
10 15 20 480

Hình 3: ảnh h'ởng của tần số, thời gian trích tới hiệu suất trích ly curcumin từ bột nghệ

Bên cạnh hiệu suất trích ly, độ tinh khiết của
sản phẩm cũng đ'ợc kiểm tra thông qua phân
tích sắc ký (HPLC) với 2 tr'ờng hợp nguyên
liệu đ9 tách tinh dầu (dạng bột-hình 5) v ch'a
tách tinh dầu (dạng lát 3 mm- hình 4). Kết quả
cho thấy thời gian l'u của curcumin l 5,1 phút.
Bên cạnh pic chính có một pic phụ có thời gian
l'u l 4 phút nh'ng diện tích bé, có thể đây l
một dẫn xuất của curcumin. Diện tích pic sắc ký
thu đ'ợc l một hm phụ thuộc vo nồng độ của
curcumin, rõ rng với cùng l'ợng mẫu giống
nhau, diện tích pic khác nhau tức l độ tinh
khiết khác nhau. So sánh với mẫu curcumin
chuẩn (hình 6) thì có thể đánh giá mẫu nghệ
ch'a tách tinh dầu có độ tinh khiết 55,0%, mẫu
nguyên liệu đ9 tách tinh dầu có độ tinh khiết
72,9%.
Các kết quả về độ tinh khiết của sản phẩm
đạt đ'ợc theo qui trình tách (hình 1) chỉ dùng

một b'ớc kết tinh khẳng định thêm h'ớng
nghiên cứu dùng trích ly siêu âm đ9 đạt đ'ợc độ
chọn lọc cao.
Hình 4: Sắc ký đồ dịch chiết curcumin từ nghệ ch'a tách tinh dầu
56
Hình 5: Sắc ký đồ dịch chiết curcumin từ nghệ đ9 tách tinh dầu

Hình 6: Sắc ký đồ mẫu chuẩn curcumin

IV - Kết luận
Với các kết quả thu đ'ợc chúng tôi có một
số kết luận sau:
- Đ9 khảo sát 3 thông số ảnh h'ởng đến quá
trình trích ly siêu âm curcumin l thời gian, tần
số v dạng nguyên liệu đầu. Kết quả cho thấy
hiệu suất trích ly tăng cùng với tần số, thời gian
trích ly thích hợp khoảng 15 phút v quá trình
trích ly không yêu cầu chặt chẽ về hình dạng v
kích th'ớc vật liệu.
- Sử dụng trích ly siêu âm không lm giảm
hiệu suất trích ly so với ph'ơng pháp trích ly có
khuấy trộn v gia nhiệt m còn giảm hơn 90%
thời gian trích ly. Hơn nữa, việc không phải gia
nhiệt dẫn tới giảm đ'ợc đáng kể chi phí cũng
nh' lm giảm đ'ợc l'ợng 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
v phổ biến nh' etanol 96%.
Nh' vậy kết quả bi báo l cơ sở cho việc

nghiên cứu qui trình tối 'u trích ly curcumin
bằng ph'ơng pháp trích ly siêu âm. Thiết bị v
ph'ơng pháp t'ơng đối đơn giản, rất phù hợp để
triển khai chuyển sang qui mô Pilot v công
nghiệp.
Acknowledgment: The authors gratefully
acknowledge the receipt of a grant from the
Flemish Interuniversity Council for University
Development cooperation (VLIR UOS) which
enabled them to carry out this work.