Luận văn nghiên cứu trích ly curcumin từ củ nghệ vàng (curcuma longa)và tạosản phẩm nanocurcuminnhằm ứng dụng trong thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN - NGUYỄN VĂN HẢI Đề tài: Nghiên cứu trích ly Curcumin từ củ nghệ vàng (Curcuma longa) tạo sản phẩm Nanocurcumin nhằm ứng dụng thực phẩm LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã ngành: 80540101 Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN QUANG HIẾU TP Hồ Chí Minh, năm 2018 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành khóa luận này, em xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Trần Quang Hiếu, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ em nhiều thời gian thực luận văn Em chân thành cảm ơn quý Thầy Cô anh chị em đồng nghiệp khoa Công nghệ thực phẩm, Trường Đại Học Cơng nghệ Sài Gịn ln tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn Xin cảm ơn gia đình bạn bè ln quan tâm, chia sẻ động viên trình học tập hồn thành khóa luận trường Cuối em kính chúc q Thầy, Cơ ln dồi sức khỏe thành công nghiệp cao quý Đồng kính chúc anh chị em nhiều sức khỏe đạt nhiều thành công tốt đẹp cơng việc Tp Hồ Chí Minh, ngày .tháng năm 2018 Học viên thực Nguyễn Văn Hải DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CUR: Curcumin DMC: demethoxycurcumin BDMC: bisdemethoxycurcumin ROS: Reactive oxygen species nm: nanomet mm: milimet NPs: Nanoparticles CK: chất khô DLS: Dynamic Light Scattering TEM: Transmission Electron Microscopy NL/DM: nguyên liệu/dung môi TEM : Transmission electron microscope RSM: Response Surface Methodology HPLC: High-performance liquid chromatography MS: Mass spectrometry UV-Vis: Ultraviolet visible MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Cây nghệ vàng (Curcuma longa L.) .3 1.1.1 Nguồn gốc, đặc điểm vùng trồng 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Sinh trưởng thu hoạch 1.1.4 Thành phần hóa học 1.2 Tổng quan sóng siêu âm (Ultrasonic) .14 1.2.1 Khái niệm 14 1.2.2 Các khu vực sóng siêu âm 15 1.2.3 Cấu tạo thiết bị sóng siêu âm .16 1.2.4 Phân loại 17 1.2.5 Ứng dụng sóng siêu âm Cơng nghệ thực phẩm 18 1.3 Tổng quan Công nghệ Nano Nanocurcumin 20 1.3.1 Công nghệ Nano 20 1.3.2 Công nghệ Nanocurcumin với số chất mang nano 24 1.4 Quá trình đồng hóa .27 1.4.1 Giới thiệu chung 27 1.4.2 Cơ sở lý thuyết 27 1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu q trình đồng hóa 27 1.5 Tình hình nghiên cứu CUR .28 1.5.1 Các nghiên cứu nâng cao hiệu suất trích ly CUR 28 1.5.2 Các nghiên cứu tăng cường độ hòa tan hấp thu Curcumin 29 1.5.3 Tổng quan nghiên cứu nước 31 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 Nguyên liệu 32 2.2 Thiết bị sử dụng .34 2.3 Hóa chất thí nghiệm .36 2.3.1 Cồn 96o (ethanol) 36 2.3.2 Acetone 36 2.3.3 Ethyl acetate .37 2.3.4 DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl ) 37 2.3.5 Trolox (6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid ) 37 2.3.6 Curcumin chuẩn 37 2.3.7 Silica gel 37 2.3.8 Tween 80 37 2.4 Nội dung nghiên cứu .38 2.4.1 Khảo sát dung mơi tối ưu cho q trình trích ly CUR 38 2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng yếu tố đến q trình trích ly CUR 40 2.4.3 Thí nghiệm tối ưu hóa yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly CUR theo phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) 46 2.4.4 Khảo sát ảnh hưởng yếu tố đến trình tạo nanocurcumin 47 2.4.5 Khảo sát số tính chất CUR nanocurcumin 52 2.5 Các phương pháp phân tích 53 2.5.1 Xác định độ ẩm nguyên liệu 53 2.5.2 Xác định độ hấp thu CUR phương pháp UV-Vis .53 2.5.3 Xây dựng đường chuẩn CUR .53 2.5.4 Xác định nồng độ CUR độ tinh khiết CUR .54 2.5.5 Xác định hiệu suất trích ly (H, %) .54 2.5.6 Xác định khả kháng oxy hóa DPPH 54 2.5.7 Xác định kích thước hạt nanocurcumin phương pháp DLS 55 2.5.8 Xác định độ bền hệ nhũ tương 55 2.6 Phương pháp xử lý thống kê 56 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57 3.1 Khảo sát dung môi tối ưu cho q trình trích ly CUR 57 3.2 Ảnh hưởng số yếu tố đến trình trích ly CUR 58 3.2.1 Ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu/dung môi (NL/DM) 58 3.2.2 Ảnh hưởng nồng độ dung môi 61 3.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ 63 3.2.4 Ảnh hưởng thời gian trích ly .67 3.2.5 Ảnh hưởng cơng suất sóng siêu âm 69 3.2.6 Ảnh hưởng thời gian siêu âm 73 3.3 Kết thí nghiệm tối ưu hóa yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly CUR theo phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) 76 3.4 Ảnh hưởng số yếu tố đến trình tạo Nanocurcumin .81 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ CUR .81 3.4.2 Ảnh hưởng nồng độ Tween 80 .85 3.4.3 Ảnh hưởng công suất thiết bị 93 3.5 Một số tính chất CUR thu nhận .103 3.5.1 Tính chất hóa lý CUR tinh chế .103 3.5.2 Nồng độ CUR tinh chế dịch trích .103 3.5.3 Độ tinh khiết CUR dịch trích ly 103 3.5.4 Xác định phổ hấp thu CUR 103 3.5.5 Xác định khối lượng phân tử CUR phổ HPLC-MS .104 3.6 Một số tính chất nanocurcumin .105 CHƯƠNG : KẾT LUẬN 107 4.1 Kết luận 107 4.2 Kiến nghị .109 DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1: Thành phần hóa học củ nghệ vàng Bảng 1.2: Tính chất hóa lý CUR, DMC BDMC Bảng 1.3: Hàm lượng Curcuminoids số loài nghệ Bảng 1.4: Thuộc tính số hệ nhũ tương 25 Bảng 2.1: Ma trận tối ưu hóa theo mơ hình RSM – CCD 47 Bảng 3.1: Hiệu suất trích CUR loại dung môi 57 Bảng 3.2: Hiệu suất trích ly hoạt tính kháng DPPH tỷ lệ NL/DM 59 Bảng 3.3: Hiệu suất trích ly CUR hoạt tính kháng DPPH nồng độ dung môi cồn 96 62 Bảng 3.4: Hiệu suất trích ly CUR hoạt tính kháng DPPH nhiệt độ trích ly 64 Bảng 3.5: Hiệu suất trích ly CUR hoạt tính kháng DPPH thời gian trích ly 68 Bảng 3.6: Hiệu suất trích ly CUR hoạt tính kháng DPPH cơng suất siêu âm 70 Bảng 3.7: Hiệu suất trích ly CUR hoạt tính kháng DPPH thời gian siêu âm 74 Bảng 3.8: Độ tin cậy yếu tố ảnh hưởng khảo sát đơn yếu tố 77 Bảng 3.9: Các yếu tố dùng RSM 77 Bảng 3.10: Ma trận thí nghiệm tối ưu hóa theo phương pháp RSM – CCD 78 Bảng 3.11: Kết thực nghiệm tối ưu hóa theo phương pháp RSM – CCD (với hàm mục tiêu Y) 78 Bảng 3.12: Phân tích ANOVA phương trình hồi quy bậc hai (với hàm mục tiêu Y) 79 Bảng 3.13: Chỉ số Nizo độ nhớt nồng độ CUR 81 Bảng 3.14: Kích thước trung bình hạt nanocurcumin nồng độ Tween 85 Bảng 3.15: Chỉ số Nizo độ nhớt nồng độ Tween 87 Bảng 3.16: Kích thước trung bình hạt nanocurcumin cơng suất 94 Bảng 3.17: Chỉ số Nizo độ nhớt công suất 95 Bảng 3.18: Nồng độ CUR tinh chế 103 DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1: Cây nghệ vàng Hình 1.2: Hoa nghệ vàng Hình 1.3: Một số lồi nghệ Việt Nam .4 Hình 1.4: Củ nghệ vàng Hình 1.5: Cấu trúc hợp chất curcuminoid Hình 1.6: Cấu trúc curcuminoid Hình 1.7: Công thức cấu tạo màu sắc Curcumin, DMC BDMC Hình 1.8: Phản ứng CUR với ROS 10 Hình 1.9: Phản ứng suy thối CUR .11 Hình 1.10: Phản ứng amin hóa CUR .11 Hình 1.11: Phản ứng tạo phức CUR với ion kim loại 12 Hình 1.12 :Tác dụng CUR đến tế bào ung thư .14 Hình 1.13: Trạng thái sóng siêu âm (McClements 1995) .15 Hình 1.14: Hình dạng sóng siêu âm 15 Hình 1.15: Hiệu ứng cavitation 16 Hình 1.16: Máy phát điện áp .16 Hình 1.17: Máy phát từ giảo .17 Hình 1.18: Thiết bị siêu âm dạng bể thiết bị siêu âm dạng 18 Hình 1.19: Tác dụng sóng siêu âm đến tế bào vi sinh vật .20 Hình 1.20: Ứng dụng Cơng nghệ nano 21 Hình 1.21: Phương pháp bottom-up top-down .23 Hình 1.22: Cấu trúc liposomes Liposome bao curcumin 24 Hình 1.23: Cấu trúc Polymeric NPs ; SLNs MNPs 24 Hình 1.24: Cấu trúc Polymeric micelles .25 Hình 1.25: Cấu trúc Microemulsions Nanoemulsions .25 Hình 1.26: Microcapsule carrying curcumin 26 Hình 1.27: Một số chế phẩm Nanocurmin khác 27 Hình 2.1: Quy trình thu nhận bột nghệ 32 Hình 2.2: Thu nhận nghệ .33 Hình 2.3: Củ nghệ thu hoạch bột nghệ .33 Hình 2.4: Bể ổn nhiệt 34 Hình 2.5: Thiết bị ly tâm .34 Hình 2.6: Tủ sấy 35 Hình 2.7: Thiết bị quang phổ .35 Hình 2.8: Thiết bị khuấy từ 35 Hình 2.9: Thiết bị siêu âm 35 Hình 2.10: Thiết bị đồng hóa .35 Hình 2.11: Cân phân tích .35 Hình 2.12: Thiết bị cô quay chân không 36 Hình 2.13: Máy đo độ nhớt 36 Hình 2.14: Thiết bị HPLC 36 Hình 2.15: Sơ đồ nghiên cứu .38 Hình 2.16: Sơ đồ quy trình trích ly CUR .39 Hình 2.17: Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát dung mơi 40 Hình 2.18: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tỷ lệ ngun liệu/dung mơi 41 Hình 2.19: Sơ đồ bố trí thí nghiệm nồng độ dung mơi 42 Hình 2.20: Sơ đồ bố trí thí nghiệm nhiệt độ trích ly .43 Hình 2.21: Sơ đồ bố trí thí nghiệm thời gian trích ly 44 Hình 2.22: Sơ đồ bố trí thí nghiệm cơng suất sóng siêu âm 45 Hình 2.23: Sơ đồ bố trí thí nghiệm thời gian siêu âm 46 Hình 2.24: Sơ đồ quy trình tạo nanocurcumin 48 Hình 2.25: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng nồng độ CUR 50 Hình 2.26: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng nồng độ Tween 80 51 Hình 2.27: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng cơng suất thiết bị 52 Hình 2.28: Phản ứng CUR với DPPH 54 Hình 3.1: Hiệu suất trích ly CUR loại dung mơi 58 Hình 3.2: Hiệu suất trích ly CUR hoạt tính kháng DPPH tỷ lệ NL/DM .59 Hình 3.3: Hiệu suất trích ly CUR hoạt tính kháng DPPH nồng độ 20%, 40%, 60%, 80% 100% (v/v) 62 Hình 3.4: Hiệu suất trích ly CUR hoạt tính kháng DPPH nhiệt độ 30oC,40oC, 50oC, 60oC 70oC 65 Hình 3.5: Ảnh hưởng nhiệt độ đến Hiệu suất trích ly CUR hoạt tính kháng DPPH 66 Hình 3.6: Hiệu suất trích ly CUR hoạt tính kháng DPPH thời gian 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút 150 phút 69 Hình 3.7: Ảnh hưởng thời gian đến Hiệu suất trích ly CUR hoạt tính kháng DPPH 69 Hình 3.8: Hiệu suất trích ly CUR hoạt tính kháng DPPH công suất siêu âm 72 Hình 3.9: Ảnh hưởng Cơng suất siêu âm đến Hiệu suất trích ly CUR hoạt tính kháng DPPH 73 Hình 3.10: Ảnh hưởng Thời gian siêu âm đến Hiệu suất trích ly CUR hoạt tính kháng DPPH 75 Hình 3.11: Hiệu suất trích ly CUR hoạt tính kháng DPPH thời gian siêu âm 76 Hình 3.12: Các thơng số tối ưu thiết kể mơ hình tối ưu hóa theo phương pháp RSM 80 Hình 3.13: Mơ hình mặt cắt đứng mơ hình bề mặt đáp ứng thể ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu/dung môi công suất siêu âm đến hiệu suất trích ly 80 Hình 3.14: Chỉ số Nizo nồng độ CUR thực phương pháp đồng hóa sóng siêu âm 83 Hình 3.15: Độ nhớt nồng độ CUR thực phương pháp đồng hóa sóng siêu âm 83 Hình 3.16: Mẫu Nanocurcumin sử dụng phương pháp đồng hóa (trái) phương pháp siêu âm nồng độ CUR 84 Hình 3.17: Chỉ số Nizo nồng độ Tween 80 thực phương pháp đồng hóa sóng siêu âm 89 Means for Oneway Anova Level Number Mean 10% 0.110000 20% 0.126667 25% 0.131667 5% 0.073333 Std Error uses a pooled estimate of error variance Std Error 0.01070 0.01070 0.01070 0.01070 Lower 95% 0.08532 0.10198 0.10698 0.04865 Upper 95% 0.13468 0.15135 0.15635 0.09802 Means and Std Deviations Level Number Mean Std Dev 3 3 0.110000 0.126667 0.131667 0.073333 0.026458 0.015275 0.002887 0.020817 10% 20% 25% 5% Std Err Mean 0.01528 0.00882 0.00167 0.01202 Lower 95% Upper 95% 0.04428 0.08872 0.12450 0.02162 0.17572 0.16461 0.13884 0.12504 Means Comparisons Comparisons for all pairs using Tukey-Kramer HSD Connecting Letters Report Level 25% A 20% A 10% A B 5% B Levels not connected by same letter are significantly different Mean 0.13166667 0.12666667 0.11000000 0.07333333 Oneway Analysis of Chỉ số Nizo (SIÊU ÂM) By Nồng độ CUR Oneway Anova Summary of Fit Rsquare Adj Rsquare Root Mean Square Error Mean of Response Observations (or Sum Wgts) 0.923107 0.894273 0.012332 0.169583 12 Analysis of Variance Source Nồng độ CUR Error C Total DF 11 Sum of Squares 0.01460625 0.00121667 0.01582292 Mean Square 0.004869 0.000152 F Ratio 32.0137 Prob > F F F F F F F F F F F F F F F