TỔNG QUAN VỀ RUTIN
Nguồn gốc [1]
Rutin là một euflavonoit thuộc nhóm flavon, được Veyss phân lập lần đầu tiên từ cây Cửu lý hương (Ruta graveolen) vào năm 1842.
- Năm 1904: Schnidt xác định được công thức hóa học của rutin.
- Năm 1944: Rutin được phân lập từ cây kiều mạch và năm 1953 được tìm thấy trong gần 150 loài thực vật khác nhau.
- Năm 1962: rutin lần đầu tiên được tổng hợp bằng phương pháp hóa học. Tuy nhiên, do rutin tồn tại với hàm lượng tương đối cao trong nhiều loài thực vật nên vấn đề tổng hợp rutin ít được quan tâm mà chủ yếu tập trung nghiên cứu trích ly rutin từ các loại thực vật khác nhau.
- Từ những năm 1950, rutin đã được phát hiện có mặt trong 77 loài của 34 họ thực vật (và 70 loài khác của 28 hệ thực vật ở dạng vết) như trong quả mơ, hạt lúa mạch đen, quả anh đào, vỏ táo, vỏ quả và quả (cam, chanh, quít, bưởi chùm, vôi), lõi hạt tiêu xanh, chè đen, cà chua, lá chè, thuốc lá, các sản phẩm từ ong như ong phấn hoa, các đồ uống như rượu vang đỏ, các loại ngũ cốc nghiền như kiều mạch, mạch ba góc; các loại rau củ như thì là, tỏi củ, trong một số cây thuốc (loại cỏ dại có hoa trắng nhỏ), cây táo gai, cây mận, bạch đàn, cây bạc hà, củ mài, cây thuốc lá,… Ở Việt Nam, rutin còn được phát hiện từ cây ngưu tất, cây hy thiêm, cây ban và vỏ thân cây vọng cách.
Tùy theo hệ thực vật ở mỗi quốc gia, nguyên liệu chính dùng để trích ly rutin rất khác nhau: đi từ lá chè xanh, nụ hòe (Việt Nam, Trung Quốc, Nhật Bản, Pháp,Hungari), từ kiều mạch (Nhật), từ hạt kiều mạch nảy mầm (Hàn Quốc); từ cây bạch đàn (Anh, Pháp, Mỹ); từ mạch ba góc (Anh, Nhật, Pháp, Nga, Ba Lan) .
Tính chất hóa lý [2]
- Rutin (1) có công thức phân tử: C27H30O16
- Tên khoa học : 3, 3’, 4’, 5, 7 – pentahydroxyflavon 3 – rutinosit
- Tên gọi khác : Rutoside, Phytomelin, Sopholin, Birutan, Eldrin, Rutin trihydrat, quercetin-3-rutosit )
Hình 1.1 Cấu trúc hóa học của Rutin
- Phân tử Rutin gồm 2 thành phần:
+Phần aglycon : là quercetin (quercetol) thuộc nhóm flavonol +Phần đường : là rutinosit (6 - O – α – L – rhamnopyrannosyl – β – D – glucopyranosit )
- Rutin có dạng tinh thể hình kim, màu vàng nhạt hay vàng hơi lục, để ra ánh sáng chuyển thành màu sẫm, không mùi.
- Rutin rất dễ hydrat hóa, tinh thể ngậm 3 phân tử nước có điểm chảy là 177- 178°C và trở thành dạng khan sau 12h sấy ở 110°C (áp suất 10mmHg).
- Rutin khan hút ẩm rất mạnh, chuyển sang màu nâu tại 125°C với αD23 +13,82° (etanol) và α D23 = -39,43° (pyridin).
- Độ tan của rutin trong các dung môi rất khác nhau: 1g rutin hòa tan trong khoảng 104 ml nước lạnh, 200ml nước sôi, 7ml metanol sôi, 650ml etanol lạnh và 60ml etanol nóng Rutin không tan trong cloroform, cacbon disulfit,cacbon tetraclorua, ete, benzen, ete dầu hỏa; dễ tan trong etyl axeton; tan nhiều trong pyridin, dung dịch kiềm; tan ít trong rượu, axeton và etyl
- Dung dịch rutin trong etanol (96%) có hai cực đại hấp thụ trong vùng tử ngoại ở 362,7 và 257,7nm với mật độ quang tương ứng E1%1cm là 345 và 265.
Rutin là một hợp chất khá là hoạt động, dựa trên sự có mặt của các nhóm hydroxyl của phenolic, nhóm cacbonyl và vòng benzen tạo thành hệ thống nối đôi liên hợp trong phân tử.
- Tính chất axit: Rutin là một flavonoit có tính axit yếu (pKa = 9,98) nên dễ phản ứng với dung dịch kiềm tạo muối tan trong nước Dung dịch này có màu vàng, nếu thêm axit vào có thể kết tủa Trong dung dịch kiềm rutin rất ít bị ảnh hưởng nhưng với kiềm đặc, ở nhiệt độ cao, cấu trúc rutin bị phá vỡ (vòng cromon bị phá), và tùy theo mức độ có thể tạo thành dẫn xuất axit thơm và dẫn chất phenol.
- Phản ứng của nhóm hydroxyl: Do có nhóm –OH của phenolic và –OH của ancol trong phần đường nên rutin dễ dàng tham gia phản ứng axyl hóa.
- Phản ứng vòng thơm: Rutin và flavonoit nói chung thường có phản ứng với các hợp chất diazo tạo các sản phẩm có màu đặc trưng Phản ứng này được sử dụng để phát hiện flavonoit trên sắc ký, với thuốc thử thường là amin thơm như p-nitroamin, benzidin, axit sulfanilic.
- Phản ứng của nhóm cacbonyl: Rutin và một số flavonoit khác có nhóm cacbonyl ở vị trí C4 và có nối đôi C2 = C3 nên có phản ứng Shinda
(xinanidin) Đây là phản ứng khử có sự tham gia của kim loại như sắt, kẽm, magiê và axit clohydric và cho sản phẩm có màu đặc trưng Với magiê dung dịch có màu đỏ, còn với dung dịch sắt (III) clorua sẽ xuất hiện màu nâu hơi lục.
- Phản ứng thủy phân: Rutin là một flavonoit glycosit có glycon là quercetin, có phần đường là α-D-gluco và L-rhamno nên nó có tính chất của disacarit.Khi rutin thủy phân bằng axit tạo thành quercetin và hai phân tử đường monosacarit.
Dược tính của Rutin [3] [4] [6]
Rutin là một dược chất, một vitamin P có các tác dụng sau:
- Giảm sự phá hủy của adrenalin trong cơ thể, tăng khả năng đàn hồi, giảm chứng giòn, tính thấm của mao mạch, ngăn protein của máu thấm qua mô mao mạch.
- Ngăn ngừa sự chảy máu có định kỳ, ngăn cản sự đông máu bất thường qua ức chế enzim phosphodiesteraza.
- Hỗ trợ dinh dưỡng tới mao quản trong mắt, làm giảm áp lực nội nhãn ở bệnh nhân glaucoma bằng cách tăng cường toàn vẹn cấu trúc collagen của mắt (với lượng 60mg/ngày).
- Chống dị ứng bằng cách ngăn cản sự giải phóng của histamine từ các dưỡng bào (là các tế bào lớn trong mô liên kết có nhiều hạt bào tương thô chứa nhiều chất như: histamine, heparin (các chất được giải phóng khi bị viêm hay dị ứng).
- Làm mất tác dụng của chất độc trong các vết thương nên được dùng để giảm tính nhạy cảm, đau nhức của vết thương, ngăn cản sự viêm nhiễm và gia tăng tốc độ lành lặn của da, cản trở sự hình thành enzim 5-lipoxygenaza từ hệ enzim lipoxygennaza (là những chất xúc tác sản sinh ra các chất độc lipoxin).
- Ức chế các chủng vi khuẩn Gram dương (không có tác dụng đối với các chủng vi khuẩn Gram âm), kìm hãm các loại irut, vi khuẩn có hại, chống eczema trên người và chuột nhắt, ức chế sự kết tụ tiểu cầu, ức chế men khử andoza (bảo vệ tim), ngăn cản tích trữ sorbitol trong tế bào (chất có nguy cơ chuột mất cảm giác (thắt động mạch vành), làm giảm tỉ lệ tử vong khi chuột bị chiếu xạ,…
- Trị bệnh sốt mùa hè, bệnh trĩ, giãn tĩnh mạch, bệnh mụn rộp miệng, bệnh xơ gan, giảm sự căng thẳng, canxi huyết thanh thấp, bệnh rối loạn vận động, …
- Trong y học hiện đại, gốc tự do được xác định là nguyên nhân gây nên 90% các loại bệnh cho con người Chúng được sinh ra trong tế bào và gây ra những ảnh hưởng nguy hại như biến dị, hủy hại tế bào, làm ung thư, tăng nhanh sự lão hóa Rutin là một chất có khả năng chống oxy hóa, có nhóm
OH ở vị trí octo nên dễ bị oxy hóa thành các semiquinon dưới tác dụng của enzim polyphenoloxidaza và preroxidaza trong tế bào Semiquinon (rutin dạng oxy hóa) là các gốc tụ do bền vững có thể nhận điện tử hoặc proton từ những chất cho khác để trở lại dạng hydroquinone (rutin dạng khử) Các dạng này có khả năng phản ứng với gốc tự do hoạt động để triệt tiêu chúng hoặc để tạo ra các gốc tự do kém hoạt động bền vững.
- Rutin được sử dụng trong các phác đồ điều trị để ức chế các bệnh do các gốc tự do gây ra theo cách: chống oxy hóa phenolic, tạo chelat với các ion kim loại, phản ứng với các gốc tự do hoạt động để kìm hãm quá trình oxy hóa dây chuyền, tương tác với enzym để giảm các quá trình oxy hóa trong cơ thể sống nhằm bảo vệ axit deoxiribonucleic khỏi các hư hại do các hóa chất độc gây ra Rutin đã làm giảm 71% sự di căn của u hắc tố ở phổi chuột, dùng trong ngăn ngừa và trị bệnh tế bào hình liềm trong người.
Tình hình nghiên cứu sản xuất và tiêu thụ
Do phát hiện được khả năng phục hồi thành mạch đặc biệt của rutin, các nghiên cứu trích ly rutin (từ kiều mạch) đã trở thành một cơn sốt trong giới khoa học Châu Âu mà kết quả là hoàng loạt các Patent sáng chế về công nghệ trích ly rutin, lọc rutin trích ly từ kiều mạch đã ra đời, và tập trung nhiều nhất vào những năm 1946-1953.
Từ năm 1947-1955 đã có trên 10 patent công bố bản quyền phương pháp tinh chế rutin Với đặc thù nguyên liệu chính là kiều mạch nên các công trình này chỉ tập trung vào nghiên cứu chiết xuất và tinh chế rutin trích ly từ kiều mạch.
Cho đến nay rất nhiều nước đã sản xuất rutin xuất khẩu như Nhật, Trung Quốc, Thụy sĩ, Đức, Rutin sản xuất ra được tiêu thụ chủ yếu trong ngành công nghiệp bào chế dược phẩm Rutin chủ yếu được bào chế ở dạng viên nén (0,02g) hay viên bao phim dạng đơn hoặc phối hợp như: phối hợp với vitamin C (làm tăng cường tác dụng của vitamin C); vincamin (chữa chứng rối loạn tâm thần, cải thiện trí nhớ, thần kinh giác quan ở người già); rutin phối hợp với ascorbic axit tạo viên bao đường cevit rutin (trị trĩ, viêm –giãn tĩnh mạch); với nicotinamit (trị thực tổn suy tĩnh – bạch mạch, trĩ); với trypsin, bromelain (trị sưng xương khớp).
Dù mang hoạt tính rất có giá trị nhưng ứng dụng của rutin bị hạn chế vì rutin tan rất kém trong nước Vì lý do này nên hướng sử dụng của rutin gần đây được phát triển theo hướng làm sản phẩm trung gian để điều chế ra nhiều loại dược chất có độ tan tốt hơn cũng như nhiều tính năng ưu việt hơn mà rutin không có Một số dẫn xuất tiêu biểu của rutin là:
- Quercetin: có tác dụng ức chế các chất xúc tiến u và sự tăng trưởng của một số dòng tế bào ung thư như ung thư dạ dày, ung thư máu, ung thư bọng đái, ung thư vú và hai dòng tế bào ung thư mạnh, dễ di căn và kháng thuốc là: HT-1080 (một loại tế bào u xơ ác tính trên mô liên kết) và 26-L5 (tế bào ung thư ruột kết).
- Polyrutin: với khối lượng phân tử vài nghìn nhưng hòa tan dễ dàng trong nước, khả năng loại gốc tự do và ức chế quá trình oxy hóa tốt hơn rutin.
- Troxerutin: tan tốt trong nước, trị hội chứng giãn viêm loét tĩnh mạch; trị đau cơ và chứng phù.
- Natri rutin sulfat: có hoạt tính chống lại một số HIV-1.
- Rutin poly(H-) sulfat: có hoạt tính ức chế hoạt động phần bù trong huyết thanh máu; melin sulfat có tác dụng trị HIV.
- Phức rutin-kim loại, phức quercetin-kim loại: có khả năng chống oxy hóa cao; …
Mặc dù tồn tại nhiều trong các nguồn thức ăn hàng ngày nhưng để đáp ứng nhu cầu bào chế thuốc, rutin cần phải được sản xuất với khối lượng lớn là nhu cầu đối với bất cứ quốc gia nào Ở Pháp mỗi năm sản xuất khoảng 10 tấn rutin nhưng vẫn
Alkaloida khoảng 3 tấn rutin/năm và sử dụng để sản xuất viên rutin C Gần đây nhu cầu sử dụng rutin ngày càng tăng theo nhu cầu về dược phẩm.
1.4.2.1 Tình hình nghiên cứu trích ly Rutin
Với ưu điểm nổi trội hơn bất kì loài thực vật nào đã được biết đến về hàm lượng Rutin chứa trong nó thì hầu hết các nghiên cứu trích ly rutin được tiến hành từ nguyên liệu trên cơ sở nụ hòe, các nghiên cứu từ nguyên liệu khác chỉ mang tính chất công bố phát hiện Cây hoa hòe, tên khoa học là Sophora japonica
L (Leguminosae), có chứa Rutin tập trung chủ yếu ở nụ hoa với hàm lượng 20% lên đến tối đa 34% Cây hòe được trồng chủ yếu ở Thái Bình, Nam Định, Thái Nguyên, Yên Bái, Nghệ An Nụ hòe được thu thập vào thời điểm mùa hè, phơi khô, đưa đến các nhà máy chế biến để trích ly Rutin thô Năng suất nụ hoa hòe khô ở Việt Nam là trên 10.000 tấn mỗi năm (tương đương 2000 tấn Rutin mỗi năm).
Năm 1962, xí nghiệp dược phẩm TW 2 đã đưa ra quy trình trích ly rutin vào sản xuất công nghiệp, nhưng ở trong nước rutin chỉ được sử dụng làm thuốc chữa bệnh và làm phẩm màu cao viên.
Trong giai đoạn 1965-1975, rutin sản phẩm của Viện dược liệu đã được sử dụng làm thuốc tim mạch; đã có quy trình trích ly rutin từ nụ Hòe đạt tiêu chuẩn dược điển Đức (DAB7) (hiệu suất 24%) được chuyển giao trong nước. Đến năm 1989, nghiên cứu trích ly rutin vẫn tiến hành ở nhiều nơi như trường ĐH dược Hà Nội, Viện dược liệu, xí nghiệp Hóa dược Một vài cơ sở công bố đã sản xuất rutin là xí nghiệp dược phẩm TW 2, xí nghiệp liên hợp dược Thái Bình, Xí nghiệp Hóa dược, Viện khoa học Việt Nam, Công ty dược liệu TW 1 Đề tài “Nghiên cứu phương pháp chiết xuất đạt tiêu chuẩn xuất nhập khẩu từ hoa hòe” cũng đã được triển khai Phương pháp trích ly rutin được đề cập trong thời gian này vẫn là dùng nước sôi, kiềm và cồn (dùng etanol, metanol) Theo kết quả công bố thì dùng etanol 95% trong 15 phút chiết được trên 65% rutin và sau 1h chiết được 85-95% rutin.
Cho đến năm 1995, dự án “Nghiên cứu triển khai công nghệ sản xuất thử rutin chất lượng cao” đã nghiên cứu trích ly rutin bằng nước qua xử lý Dây chuyền sản xuất rutin chất lượng cao (ở nhiệt độ 100°C, áp suất 1-5at) quy mô pilot 3000kg rutin/năm đã được lắp đặt với hiệu suất trích ly công bố là >80%, rutin đạt 95% (quercetin 95%) do lý thuyết quá trình kết tinh đã chỉ ra rằng sự kết tinh là quá trình chọn lọc các phân tử cùng loại để hình thành nên tinh thể. Sản phẩm được đánh giá chất lượng bằng sắng ký bản mỏng cho kết quả định tính với độ chính xác cao Và cuối cùng đi đến xây dựng nên quy trình thực nghiệm tối ưu, thiết bị tinh chế Rutin thô quy mô pilot.
Do đó, đi đến kết luận rằng, tính khả thi và ứng dụng của quy trình thí nghiệm tinh chế Rutin này là cao và có tiềm năng Tuy nhiên cũng cần thêm những nghiên cứu độc lập khác để đánh giá độ chính xác và tin cậy của chất lượng sản phẩm sau quá trình kết tinh lại này, đặc biệt là quy trình kiểm định và đánh giá chất lượng sản phẩm tinh chế mà với quy mô của luận văn này chưa thể hoàn toàn đánh giá định lượng chính xác chất lượng sản phẩm bằng các máy móc hiện đại.
Luận văn này là nghiên cứu của cá nhân nên không tránh khỏi những sai sót trong quá trình nghiên cứu mà tác giả không lường trước được Nên mọi ý kiến đóng góp để hoàn thiện quy trình đều được trân trọng và biết ơn.
[1] N T T Huyền, ""Khảo sát nguồn nguyên liệu, nghiên cứu nâng cao hiệu suất tách chiết và chất lượng rutin từ nụ hoa hòe Việt Nam"," Luận án tiến sĩ kỹ thuật , chuyên ngành Quá trình và Thiết bị trong công nghệ hóa học, 2010.
[2] A (1998), ""AOAC official method 952.28: Rutin in Drugs,
[4] A A J A Shrestha Sharma, "Rutin: therapeutic potential and recent advances in drug delivery," 2013.
[5] E Hiroshi, " "Production of rutin"," Patent No JP4084894, 1992.
[6] L SuanChua, "A review on plant-based rutin extraction methods and its pharmacological activities," Journal of Ethnopharmacology, 2013.
[7] P n c x n d p T 2, "Nghiên cứu phương pháp chiết xuất rutin đạt tiêu chuẩn xuất khẩu từ," Trường Đại học Dược Hà Nội, 1990.
[8] I f R a D o N P Hanoi University of Science and Technology, "Primary results with rutin extracted from Vietnam's sophora japonica".
[10] A Myerson, Handbook of industrial crystallization, 2002.
[12] B P W Y Junqing Zi, "Solubilities of rutin in eight solvents at T 283.15,298.15, 313.15, 323.15, and 333.15 K," Fluid Phase Equilibria 261
[13] A K R W K Nadja Buchner, "Effect of thermal processing on the flavonols rutin and quercetin," Rapid communications in mass spectrometry,
[14] G Kelly, "Quercetin," Alternative medicine review, 2011.
[15] H L A S.-M Elena Horosanskaia, "Batch and semi-continuous isolation of highly pure rutin from the vegetable extract," Max Planck Institute forDynamics of Complex Technical Systems Magdeburg.