Nghiên Ứu Ông Nghệ Táh Và Tinh Hế Curumin Từ Bột Nghệ.pdf

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n th¹c sÜ hoa häc Ngµnh qu¸ tr×nh thiÕt bÞ & c«ng nghÖ ho¸ häc Nghiªn cøu c«ng nghÖ t¸ch vµ tinh chÕ curcumin tõ bét nghÖ Ph¹m tiÕn ®¹t Hµ[.]

Trờng đại học bách khoa hà nội

Luận văn thạc sĩ hoa học

Ngành: quá trình thiết bị & công nghệ hoá học

Nghiên cứu công nghệ tách và tinh chế curcumin từ bột nghệ

Phạm tiến đạt

Luận văn thạc sĩ hoa học

Nghiên cứu công nghệ tách và tinh chế curcumin từ bột n ghệ

Ngành: quá trình thiết bị & công nghệ hoá học

Phạm tiến đạt

mở đầu

Từ xa xa, Ông cha ta đã biết sử dụng các loài thảo dợc để chữa bệnh Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học thì các nhà nghiên cứu có thể chiết xuất nhiều chất có hoạt tính quan trọng phục vụ cho y học nh: Từ

anua) chiết ra Artemisinin chống sốt rét, từ cây dừa cạn catharantus rosseus chiết ra Vinciristin, Vinblastin là những thuốc chống ng th máu nổi tiếng hiện nay và còn nhiều cây khác có hoạt chất quý

Khi nghiên cứu phát triển thuốc có nguồn gốc thiên nhiên trong 15 năm

thực vật, 13,3% có nguồn gốc động vật và chỉ có 2,7% có nguồn gốc vi sinh vật [22],[23] và một lợng rất lớn các loại thuốc có nguồn gốc từ thiên nhiên

đợc dùng để chống ung th [24]

Trong thời gian này, ngời ta đã phân lập đợc 15 chất làm thuốc từ 90 loài thực vật khác nhau mà hầu hết chúng (77%) là các cây thuốc dân tộc (traditional medicire) [25]

Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với nớc ta vì nớc ta ở vùng nhiệt đới gió mùa, ma nhiều, độ ẩm cao nên thảm thực vật phong phú và đa dạng Từ nguồn nguyên liệu sẵn có trong thiên nhiên các nhà khoa học trong nớc và thế giới đã quan tâm tới việc nghiên cứu và tìm kiếm các chất có hoạt tính sinh học cao để phục vụ cho ngành y dợc Do các thuốc từ thảo mộc thờng

có ít tác dụng phụ so với các chất tổng hợp nên an toàn cho ngời sử dụng Vì vậy các loại thảo mộc có hoạt tính sinh học luôn chiếm vị trí quan trọng đối với việc tìm kiếm các thuốc phòng ngừa và điều trị bệnh hiểm nghèo

đề thời sự khoa học sôi nổi Hàng năm có hàng chục công trình khoa học công

bố trong các tạp chí chuyên ngành có liên quan đến nghệ vàng Ví dụ trong hai năm 2004 và 2005 mỗi năm có tới 50 công trình Hầu hết các công trình tập trung nghiên cứu chất màu trong nghệ vàng để làm chất màu thực phẩm và

đặc biệt làm thuốc chữa các bệnh ung th, chống oxi hoá, chống viêm nhiễm [38] Trong các chất màu của củ nghệ vàng (Tumeric), curcumin là thành

[39], ung th gan [40], ung th phổi [41], ung th da [42] và ung th vú [43] Chính vì thế mới đây nhất Chính phủ Mỹ cho phép sử dụng curcumin để điều trị ung th ruột già trong lâm sàng [44]

Mục đích nghiên cứu của đề tài:

curcumin Với mục tiêu đạt đợc hiệu xuất cao nhất

Đối tợng nghiên cứu của đề tài:

Curcumin đợc tách và tinh chế từ loại nghệ vàng có nguồn ngốc từ

Nội dung của đề tài:

Chơng I: Tổng quan

I.1 Vài nét chung về chi nghệ (Curcuma) [1,5,7,9]

Nghệ là loại thảo dợc thuộc họ gừng (Zingiberaceae) là một họ thảo mộc sống lâu năm với thân rễ bộ ngang bao gồm có 47 chi với trên 1000 loài

Họ này phân bố ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, nam và đông nam Châu á

Ở Việt Nam hiện nay phát hiện khoảng 20 chi bao gồm khoảng 100 loài Nhiều loài đợc dùng làm phẩm nhuộm, gia vị, cây cảnh và vị thuốc quan

trọng Các chi thờng gặp là Stahlianthus, Kaemferia, Curcuma, Hedychium,

Zingiber, Alpinia, Amomum, Costus

48 loài Curcuma đợc phát hiện Các loài này mọc tập trung tại các vùng

Đông Nam á, Ấn Độ, Trung Quốc, Đài Loan, Pakistan và một số nớc nhiệt

I.1.1 Một số loài Curcuma thờng thấy ở Việt Nam

I.1.1.1 Curcuma longa Linn (C.domestica Val)

Tên Việt Nam: Nghệ trồn, nghệ vàng

Việt Nam, nghệ vàng không những mọc hoang mà còn đợc trồng theo vùng chuyên canh nh ở Phú Thuỵ (Hà Nội), Khoái Châu (Hng Yên) Thân rễ nghệ vàng trong Đông y gọi là Khơng Hoàng, rễ củ gọi là Uất Kim Nghệ vàng đợc dùng để chữa các bệnh: kinh nguyệt không đều, ứ máu, viêm loét dạ dày, ghẻ lở, ung nhọt, phong thấp, tay chân đau nhức,…

I.1.1.2 Curcuma zedoaria (Berg) Roscoe

Tên Việt Nam: Nghệ đen

Nghệ đen có nguồn gốc Himalaya, Srilanca Nó mọc hoang dại, đợc trồng lấy thân rễ, và rễ củ để làm thuốc Thân rễ nghệ đen phơi khô đợc gọi

là Nga Truật ở Việt Nam, nghệ đen mọc hoang ở các vùng Việt Bắc, Tây Bắc

và ở nhiều nơi thuộc Đà Nẵng Thân rễ nghệ đen đợc dùng trong Đông y để chữa khó tiêu, đầy bụng, ung th da, các vết bầm tím trên da,…

I.1.1.3 Curcuma aromatica Salisb

Tên Việt Nam: Nghệ trắng, ngải trắng, ngải mọi, nghệ sùi

Thân rễ nghệ trắng trong Đông y gọi là Uất Kim Nghệ trắng là loài nghệ Châu á nhiệt đới, chúng phân bố ở hầu hết các rừng nớc ta và cũng

đợc trồng để lấy củ thơm Nghệ trắng đợc dùng để chữa tức ngực, chớng bụng, nôn ra máu, chảy máu cam, tiểu ra máu,…

I.1.1.4 Curcuma xanthorrhiza Roxb

Tên Việt Nam: Nghệ rễ vàng

Loài nghệ này phân bố ở Châu Âu và nhiều nớc Châu á nh:

vùng nh: Lai Châu, Hoà Bình và đợc trồng ở Cần Thơ Thân rễ nghệ vàng

để điều trị thiểu năng gan và xung huyết gan, viêm túi mật, viêm ống mật, vàng da, bí tiểu tiện, sỏi mật,…

I.1.1.5 Curcuma alismatifolia Gagnep

Tên Việt Nam: Nghệ lá từ cô

Cây này phân bố ở vùng Châu Đốc Loại nghệ này có hoa dùng để ăn

đợc

I.1.1.6 Curcuma thorrelii Gagnep

Loài này phân bố ở vùng Châu Thới và biên giới Việt – Lào

I.1.1.7 Curcumapierreane Gagnep

Loài này phân bố nhiều ở vùng chân Đèo Cả

I.1.1.8 Curcuma cochinchinessis Gagnep

Tên Việt Nam: Nghệ gầy

Cây mọc hoang ở vùng Bà Rịa Gần đây thấy ở Cao Bằng

I.1.1.9 Curcuma gracillima Gagnep

Tên Việt Nam: Nghệ mảnh

Cây mọc hoang ở các tỉnh miền Trung

I.1.2 Nghệ vàng (curcuma longa L)

I.1.2.1 Đặc điểm thực vật

(Zingiberaceae) Chúng có những đặc điểm sau [2]:

Cây thảo, cao 0,60 -1m

Thân rễ to, có ngấn, phân nhánh thành nhiều củ có hình bầu dục màu vàng sẫm đến vàng đỏ rất thơm

Lá mọc thẳng từ thân rễ, gốc thuôn hẹp, đầu hơi nhọn, dài 30-40cm,

-rộng và dài

Cụm hoa hình trụ hoặc hình trứng đính lên một cán mập dài đến 20cm, mọc từ giữa túm lá; lá bắc rời, màu rất nhạt, những lá phía dới mang hoa sinh sản, màu lục hoặc trắng nhạt, những lá gần ngọn không mang hoa, hẹp hơn và

pha màu hồng ở đầu lá; đài có 3 răng không đều; tràng có ống dài, cánh giữa dài hơn các cánh bên, màu vàng; nhị có bao phấn có cựa do một phần lồi ra của trung đới ở dới các ô; nhị lép dài hơn bao phấn; bầu có lông

Quả nang 3 ô, mở bằng van; hạt có áo

Mùa hoa quả: tháng 3-5

Ở Việt Nam, nghệ cũng đợc coi là một cây trồng lâu đời ở khắp các địa phơng, từ vùng đồng bằng ven biển đến vùng núi cao trên 1500m ở một số nơi thuộc huyện Quản Ba, Yên Minh, Đồng Văn, Mèo Vạc (Hà Giang ), chính loài nghệ này đã trở nên hoang dại hoá ở các ruộng ngô, nơng rẫy

Dới đây là hình ảnh cây (Hình 1.1) và củ nghệ vàng (Hình 1.2)

Hình 1.1: Cây nghệ vàng Hình 1.2: Củ nghệ vàng

I.1.2 2 Tác dụng dợc lí của nghệ vàng

Nghệ có hoạt tính ức chế chống viêm cấp tính và viêm mãn tính trong các mô gây phù bàn chân và gây u hạt thực nghiệm trên chuột cốngtrắng,

đồng thời có tác dụng thu teo tuyến ức chuột cống đực non

Tinh dầu nghệ có hoạt tính chống viêm khớp thực nghiệm Một phân

đoạn polisacharid chiết từ nghệ tiêm phúc mạc làm tăng khả thực bào ở chuột trắng trong thực nghiệm thanh thải carbon ở dạng keo

Nghệ có hoạt tính chống loét dạ dày và loạn tiêu hoá Cao nớc hoặc cao methanol cho thỏ uống làm giảm tiết dịch vị và làm tăng lợng chất nhầy của dịch vị Cho chuột cống trắng uống cao cồn làm giảm tiết dịch vị và bảo

vệ niêm mạc dạ dày, tá tràng chống thơng tổn gây bởi thắt môn vị, strees gây

-những chất phá huỷ tế bào nh: etanol 80%, axit clohidric 0,6 mol/ lít, natri hidroxit 0,2 mol/ lít và natri clorid 25% [26]

Nghệ kích thích sinh sản chất nhầy ở thành và phục hồi sulfid không protein ở chuột Curcumin dự phòng và cải thiện những thơng tổn gây thực nghiệm ở dạ dày do kích thích sinh sản chất nhầy Tuy nhiên, cả viêm túc mạc

và cho uống curcumin đều gây loét dạ dày ở chuột cống trắng

Cho bệnh nhân uống bột nghệ, ngày 4 lần trong 7 ngày đã có hiệu quả tốt đối với loạn tiêu hoá axit, loạn tiêu hoá đầy hơi và loạn tiêu hoá mất trơng lực Hai thử nghiệm lâm sàng khác đánh giá tác dụng trên loét dạ dày tá tràng cho thấy việc uống thuốc kích thích sự lành vết loét và làm giảm đau bụng

Nghệ có tác dụng kháng khuẩn nhờ vào một số thành phần hoá học

Salmonella paratyphi Curcumin có tác dụng kháng virut và ức chế protease

từ lá nghệ diệt ấu trùng , muỗi Aedesaegyptii

Nớc sắc nghệ và cao nghệ lỏng toàn phần của nghệ làm giảm cholesterol và lipid toàn phần trong máu một cách rõ rệt

Trong điều trị bỏng, kem nghệ có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm, loại trừ tổ chức hoại tử bỏng, có tác dụng kích thích tái tạo tổ chức và liền sẹo Nhng hiện tợng kích thích tái tạo tăng sinh các tế bào tổ chức liên kết xuất hiện chậm và thời gian lành vết bỏng kéo dài

Tinh dầu nghệ cất từ thân rễ khô có tác dụng sát trùng yếu Nó là thuốc

chống axit, với liều nhỏ thì gây trung tiện, dễ tiêu, làm ăn ngon và bổ; với liều cao nó có tác dụng chống co thắt làm ức chế nhu đọng tăng quá mức của ruột

Cao chiết với dầu hoả của nghệ cho chuột cống uống hàng ngày với liều lợng 100mg/kg, từ ngày thứ 1 đến ngày thứ 7, đã có tác dụng ngừa thai với tỉ

lệ tơng ứng 80% và 100%

Cao nghệ chiết với cloroform 10% đợc áp dụng tại chỗ vào những vùng gây bệnh nấm tóc thực nghiệm ở bê Nghệ đã có hiệu quả điều trị tốt và

là thuốc chống nấm tốt đối với các bệnh nấm da

Curcumin với liều lợng 125mg/kg cho vào dạ dày chuột làm tăng lu lợng mật và liều lợng 250mg/kg làm tăng hàm lợng cholesterol và axit mật trong mật tiết ra

Một công trình tập hợp kết quả nghiên cứu của 15 nhóm tác giả cho thấy nghệ có tác dụng: kháng khuẩn, kháng nấm, chống co thắt phế quản, kháng histamin, chống viêm, long đờm

Curcumin chiết từ nghệ có tác dụng ức chế u và có thể coi là một chất anticarcinogen có giá trị

có liên quan đến việc ngăn ngừa ung th Theo một số nhà nghiên cứu Chế độ

ăn giầu curcumin, một chất đợc tim thấy trong nghệ, có thể giúp giảm tỷ lệ ung th đại tràng Gần đây hơn, nghệ đợc nghiên cứu để điều trị bệnh ung

của các tế bào u trong melanoma, thậm chí có thể làm cho các tế bào này chết

chế sự tăng trởng tế bào u nếu nh dùng đủ liều Các nhà nghiên cứu cho 3 dòng tế bào khác nhau của melanoma tiếp xúc với curcumin, khi tiếp xúc

curcumin các tế bào ung th của cả ba dòng đều bị ức chế Các nh khoa học à

-loại u bao gồm melanoma Nghệ sẽ ức chế phần tử này và ức chế sự tăng trởng khối u Tuy nhiên các nhà khoa học cũng nhấn mạnh rằng, mặc dù nghiên cứu cho kết quả hấp dẫn nhng mới thành công ở phòng thí nghiệm, cần đợc thử nghiệm trên chuột và cuối cùng là trên ngời trớc khi nó đợc chứng minh là có giá trị lâm sàng

Đáng chú ý là tiến sĩ Bharat Aggarwal đã trích ly curcumin phần lớn từ

củ nghệ Đây cũng là hoạt chất đợc biết là có thể ngăn chặn sự hình thành các khối u trong cơ thể, do nó có đặc tính của một hoạt chất chống oxy hoá Cũng theo các chuyên gia này, qua một số các nghiên cứu trớc đây, những ngời có chế độ dinh dỡng giầu nghệ có tỷ lệ mắc ung th thấp, đặc biệt là dang ung th vú, tuyến tiền liệt, phổi và ruột kết Nhóm nghiên cứu cung bắt

đầu cho thử nghiêm trên ngời

Qua nghiên cứu các nhà khoa học nhận thấy curcumin có chứa rất nhiều trong củ nghệ vàng, một loại củ từ lâu đã đợc biết đến và có sẵn ở tất cả các vùng trên đất nớc ta

I.2 Thành phần hoá học

I.2.1 Tinh dầu nghệ

Tinh dầu nghệ ở nhiều nớc trên thế giới đợc nghiên cứu phổ biến Bằng phơng pháp cất lôi cuốn theo hơi nớc, đã lấy đợc thành phần tinh dầu chủ yếu có trong lá và củ nghệ Thành phần này đợc phân tích bằng phơng pháp GC và GC/MS Trong tinh dầu củ nghệ có 52 chất với thành phần chủ

Tinh dầu lá nghệ chứa 61 chất với thành phần chính là:

Tinh dầu từ lá nghệ của Việt Nam có chứa: α-phellandrene(53,4%),

tinh dầu nghệ chủ yếu là phellandrene(47,7%),và terpinolene(28,9%) [30]

chỉ số acethyl 26,3 Tinh dầu chứa d phellandren 1%, d.sabinen 0,6%; cineol 1%; borneol 0,5%; zingi, beren 25%; sesquiterpen (tumeron) 58% Hợp chất

tích thấy trong phần nớc cất bay hơi Và một hợp chất màu kết tinh 0,6% là didifferuloyl methan

Ở Việt Nam, Nguyễn Xuân Cờng, Nguyễn Văn Dũng (Viện Dợc

-curcumin tinh khiết với hàm lợng 1,5-2%

Trong tinh dầu lá nghệ, đã phân tích và xác định hơn 20 thành phần

Theo tài liệu Trung Quốc (Trung dợc từ hải tập II.1760) nghệ có tumerol (20,07%), zingiberen(8-14%) limonen, cineol, terpinen, linalool,

cinnamoyl methan p.p’ dihydroxycinnamoyl methan

I.2.2 Chất mầu ( hợp chất curcumin )

Các chất màu phenolic trong củ nghệ chủ yếu là dẫn xuất của

phenyl) 1,6 heptadien 3,5dion vµ bis(4 hydroxyl) 1,6 heptadien 3,5dion - 1 - - 3

OMe O

H

4

O

OMe O

H

5

O

OMe O

H

OH MeO

7

OMe O

10 Các thành phần chủ yếu trong tinh dầu nghệ đợc xác định là những

14

Nhiều hợp chất terpen khác cũng đã đợc xác định có trong tinh dầu là

isoborneol, camphor, eugenol, cineol currdion, curzerenon và curcumen 15 ,

16 17,

15 16 17 Hợp chất có tác dụng chống ôxi hoá và chống viêm đợc chiết xuất và

Hai hợp chất phenol - sesceton có tác dụng ức chế men lipoxygenase

-hepten-4 on(turmeron B) [32]

Sero, Hiartro, Hayakawa Yolchi đã chiết xuất và xác định cấu trúc 2

18 19

Ngời ta cũng dựa vào thành phần hoá học các sesquiterpen trong củ nghệ để phân loại các loại nghệ Phân tích bằng GC/MS một số loại nghệ trên

germacol(8)

Dựa vào các sesquiterpen trên, ngời ta có thể chia nghệ thành 2 chemotype:

compound) của (type Ia)

Phân tích 14 mẫu nghệ Trung Quốc, Nhật Bản và Đài Loan thấy có

phần hơi khác, chúng thờng chứa một lợng lớn các chất (1) và (5) và lợng nhỏ (2) và (6) và có thể chia thành chemotype Ib và IIb[34]

Phân tích thành phần của dịch chiết acetat ethyl từ củ nghệ có tác dụng

ức chế sự giải phóng histamin và dị ứng type 1 thấy có curcumin, monodemethoxy curcumin, bisdemethoxy curcumin, axit ferulic-axit caffeic; p.coumaric và axit transcinnamic [35]

Gần đây nhiều tác giả đã nghiên cứu các polysaccharid có hoạt tính sinh vật trong các củ nghệ, 3 chất ukonan A, ukonan B, ukonan C, đã đợc chiết có tác dụng lên hệ thống lới mô (reticuloendo thelissystem) có cấu trúc là L arabinose; D xylose; D galactose; D glucose; L rhamose = D galacturnic axit với tỉ lệ phân tử là:

12 = 4 = 12 = 1 = 4 = 10(ukonan A)

12 = 4 = 12= 1 = 2 = 4(ukonan B)

Và 8 = 3 = 6 =14 =2 = 3(ukonan C) [36]

Gonda Ryoko , Takeda Kenji cũng chiết đợc 1 pilysaccharid trung tính

là ukonan D với trọng lợng phân tử là 28000 Thành phần gồm L arabinose,

D galactose; D glucose; D manose; D manose với tỉ lệ phân tử là: 1:1:1:2:2 [37]

Trong tumeric ngoài curcumin (I), demetoxycurcumin (II) và didemetoxycurcumin (III) còn có 9 dẫn xuất heptanoit nữa đã đợc phân lập

và xác định cấu trúc

Khi so sánh hoạt tính chống ung th và chống oxi hoá của 3 loại

A.J.Rubeg và cộng sự đã chỉ ra rằng Curcumin III (didemetoxycurcumin) có hoạt tính mạnh hơn Curcumin I, II thể hiện rõ trong việc chúng gây độc và ức chế ung th báng Ehrlich trên chuột (ILC 74,1%) [44]

I.2.3 Độ hoà tan của Curcumin trong các dung môi

Bảng I-1:

I.3 một số phơng pháp đã nghiên cứu

Curcumin chỉ chiếm 3% trong thành phần củ nghệ nhng là một hoạt chất ứng dụng lớn nên đã có nhiều nghiên cứu chiết suất khác nhau Có 3 phơng pháp chính đã đợc sử dụng:

I.3.1 Phơng pháp chiết suất dùng dung môi hữu cơ

Phơng pháp này có u điểm là tách triệt để Curcumin nhng nhợc

điểm là có khó khăn trong việc làm sạch dung môi để đảm bảo độ an toàn phẩm màu thực

Các dung môi hữu cơ đợc sử dụng để chiết Curcumin alf ete etylic, etyl axetat, axeton, Tuy nhiên có hai loại dung môi phổ biến nhất đợc sử

chiết shoxlet Đã có rất nhiều quy trình tách chiết khác nhau công bố Theo

Dung môi, sấy

Hỗn hợp

dm Nhiệt

độ, lọc

Axeton (EtOH) Loại tạp

(Petro ether)

Nghệ

bột

Bột dã loại tạp

Bã

Dịch chiết

Thu hồi dung môi Dung

Dung dịch Tinh

thể thô

Tủa thô

Chiết Shoxlet

Hình I - 3

Hoà tan trong Ethanol

90 độ, làm lạnh Các loại dung môi

Methanol (phơng pháp II) Ethanol 90 0 (phơng pháp II)

- Chiết suất Shoxle

- Ether dầu hoả

- Đun hồi lu cách thuỷ 2h

- Lọc loại ether dầu hoả

Thái nhỏ, phơi 2 -3 ngày Sấy khô, tán nhỏ

soxhlet sử dụng dung môi ethanol 900theo [8]:

Hình I - 5

* Nhận xét: Các quy trình trên là tơng tự nhau Nhìn chung với hai loại dung môi sử dụng, hiệu suất tách chiết Curcumin khác nhau Hiệu suất tách chiết Curcumin (so với nghệ khô) đạt đợc là 0,8% với dung môi ethanol, 1,02% với dung môi methanol [10]

Tinh chế bằng ehtanol 90 0 Lọc loại dung môi

Hoà tan trong ethanol

90 0 , làm lạnh

Các loại dung môi

Chiết soxhlet bằng ethanol 90 0

I.3.2 Phơng pháp chiết suất bằng dung môi thực phẩm [3]

ở Việt Nam cho đến nay đã có một số công trình nghiên cứu về curcumin nhng nhìn chung kết quả của công trình đó vẫn cha đáp ứng đầy

đủ những nhu cầu đòi hỏi của việc sản xuất curcumin hàng hoá, đặc biệt là trong lĩnh vực thực phẩm

Các nghiên cứu chiết tách curcumin bằng các dung môi hữu cơ nh ete etylic, etyl axetat, axeton… Điều này dẫn đến những khó khăn nhất định trong việc làm sạch dung môi để đảm bảo an toàn của phẩm mầu thực phẩm Với mong muốn ứng dụn rộng rãi, đa dạng , đảm bảo độ an toàn cao của curcumin trong công nghệ thực phẩm, lần đầu tiên chúng tôi tiến hành tách chiết curcumin bằng các dung môi thực phẩm có nguồn gốc thiên nhiên

Giá trị của sự lựa chọn này là ở chỗ có thể sử dụng trực tiếp dung dịch chiết cho vào thực phẩm để tạo màu hoặc dùng để phối màu với các phẩm mầu thực phẩm khác mà không tách và tinh chế curcumin

Để xác định thành phần cơ bản của củ nghệ, đánh giá khả năng chiết tách của các loại dung môi và điều kiện thích hợp của thí nghiệm, tiến hành các bớc nghiên cứu theo sơ đồ hình I - 6:

Quảng Nam Nguồn nguyên liệu củ nghệ dạng tơi, nhìn chung có màu vàng

dùng dao làm sạch vỏ rồi đem thái mỏng thành lát với độ dày 3 - 4mm (lấy mẫu, xác định độ ẩm củan nghệ tơi) Nghệ thái mỏng đợc xếp thành lớp với

qua sàng 5 x5 mm đem nghiền nhỏ thành bột có kích thớc nhỏ thành bột có kích thớc nhỏ hơn 1mm ( lấy mẫu, xác định độ ẩm của bột nghệ khô) đợc dùng làm nguyên liệu cho công đoạn chiết tách tiếp theo

b Chiết tách và tinh chế curcumin

Để chiết suất và tinh chế curcumin trớc tiên chiết loại tinh dầu từ bột nghệ Quá trình này đợc thực hiện trong bình chiêt soxhlet bằng dung môi

bay hơi dung môi đợc dùng để xác định thành phần của tinh dầu có trong củ nghệ Việc chiết tách curcumin tiếp theo từ bột nghệ đã loại bỏ tinh dầu đợc thực hiện bằng phơng pháp chiết ninh chng Dung môi chiết trong trờng hợp này là dầu ăn Marvela, dầu lạc, dầu dừa và mỡ heo Sản curcumin thô sau khi làm bay hơi dung môi dới chân không kết tinh lại trong rợu etylic

c Kết quả nghiên cứu

- §èi v¬i tinh dÇu: m lµ khèi lîng mÉu nghÖ ®em t¸ch chiÕt; m1 lµ khèi lîng tinh dÇu t¸ch chiÕt ®îc

B¶ngI-2:§é Èm nghÖ t¬i, bét nghÖ kh«, hµm lîng tinh dÇu c¸c mÉu

TT MÉu nghÖ

M (g)

100

18,nx)2,78100(

0,69(%)

d Hµm lîng curcumin cña cñ nghÖ

B¶ng I-3 Hµm lîng curcumin W c cña cñ nghÖ (tÝnh theo bét nghÖ kh«)

Wc(%)

m**

(g)

m1* (g)

Wc(%)

m**

(g)

m1* (g)

Wc(%)

Kết quả thu đợc bảng ( I – 3) cho thấy:

môi chiết Điều này có thể là do thành phần gốc axit không no (đặc biệt là

điện liên hợp ) trong dầu lạc lớn trong các dung môi còn lại nên đã hoà tan

curcumin tốt hơn

e Điều kiện chiết tách curcumin

Từ các kết quả thực nghiệm trên chọn mẫu nghệ Duy Xuyên và dung

môi dầu lạc để nghiên cứu điều kiện chiết tách curcumin bảo với hai yếu tố

tích dung môi V ml) Các kết quả thực nghiệm thu đợc trình bày ở bảng Bảng

I-4

Bảng I - 4: Sự phụ thuộc hàm lợng curcumin W c (%) tính theo bột

nghệ khô vào thời gian và lợng dung môi chiết

Kết quả thực nghiệm trên cho thấy hàm lợng curcumin trong bột nghệ

khô đợc chiết tách bằng dầu lạc có giá trị cao nhất gần 14% Suy ra hàm

lợng curcumin chứa trong mẫu củ nghệ tơi

100

14x)2,78100

Kết quả nghiên cứu đã cho thấy rằng sử dụng dung môi thực phẩm để chiết tách curcumin từ củ nghệ bằng phơng pháp này chứng minh cho hiệu suất khá cao, đặc biệt là khi sử dụng dầu lạc Hàm lợng curcumin có trong thành phần của củ nghệ đợc tách chiết bằng phơng pháp này là khoảng 3%

f, Ưu điểm phơng pháp:

Dung dịch chiết Curcumin bằng dung môi thực phẩm có nguồn gốc thiên nhiên làm đảm bảo độ tan toàn cao của Curcumin trong thực phẩm, Có thể sử dụng trực tiếp các dịch chiết cho các mặt hàng thực phẩm để tạo màu hay phối màu mà không cần tách tinh chế Curcumin

Quy trình chiết: Dung môi chiết là dầu mỡ động thực vật (dầu ăn Mavela, dầu lạc, dầu dừa, mỡ lợn)

- Sơ đồ tách chiết:

Hình I - 7

Bột nghệ khô đợc chng ninh với 50ml dung môi thực phẩm ở nhiệt độ

dung môi chiết là:

Bảng I-5: Hàm lợng Curcumin của củ nghệ (tính theo bột nghệ khô)

Vang)

%Cur (Nghệ Núi Thành)

%Cur (Nghệ Duy Xuyên)

Chiết tinh dầu

Chiết Curcumin

Tinh chế Curcumin

Mẫu nghệ khô Duy Xuyên có hàm lợng Curcumin lớn nhất là 9,38% Hàm lợng Curcumin lớn nhất khi dùng dầu lạc làm dung môi chiết Điều này

có thể do thành phần gốc axit không no (đặc biệt là dien liên hợp) trong dầu lạc lớn hơn trong các dung môi còn lại nên đã hoà tan Curcumin tốt hơn

Để giảm sự tiêu tốn dung môi và năng lợng thì nhiệt độ chiết là 120; thời gian chiết tách tối u là 11h; tỷ lệ khối lợng bột nghệ khô (g)/thể tích dầu lạc (ml) là 1/1,5 Với chế độ công nghệ này thì hàm lợng Curcumin trong bột nghệ khô chiết tách bằng dầu lạc có giá trị 13,8% Hàm lợng Curcumin trong củ nghệ tơi Duy Xuyên là 3,05%

I.3.3 chiết bằng phơng pháp trạng thái siêu tới hạn

Phơng pháp chiết này làm tăng độ chọn lọc cucumin hơn so với các hợp chất cucuminoids khác

Qua khảo sát quá trình trên nhận thấy:

-đợc khảo sát ở các nhiệt độ 35,40,50 và 55oC Kết quả cho thấy hiệu suất tốt

-1mm Kết quả cho thấy ở tất cả các nhiệt độ khảo sát, hiệu suất tốt nhất là ở

áp suấ 250bar

Cỡ hạt cho hiệu quả chiết tốt nhất là 0,1 đến 1mm

Hiệu quả chiết tốt nhất đối với hệ đã đợc dehydrat hóa (độ ẩm thấp, khoảng 8%)

cucuminoid) nghĩa là có tới 98% tổng lợng dầu nhựa trong nghệ ban đầu đã

đợc chiết ra và 100% tổng lợng cucuminoid

Dầu nhựa thu đợc sau bớc trên đợc chiết tiếp với hệ dung môi

I.3.4 Một số nghiên cứu khác

Sastry đề cập đến quá trình chiết các hợp chất curcuminoid từ nghệ, trong đó curcumin đợc chiết bằng axeton sau khi đã thu đợc dung dịch với ete dầu mỏ Các dung môi khác đợc dùng để chiết là etanol, etyl axetat và benzen Việc chiết các hợp chất curcuminoid trong các dung môi trên không

có tính chọn lọc vì một số các hợp chất nhựa dầu cũng đợc chiết làm giảm độ tinh khiết của curcumin Điều này làm phức tạp thêm cho quá trình chiết curcumin (vì phải thêm quá trình làm sạch curcumin)

Myagi đã đợc cấp phát minh cho nghiên cứu về quá trình chiết các hợp

dùng để chiết tinh dầu và vì vậy cũng có thể chiết đợc curcumin từ củ nghệ bằng cách dùng hỗn hợp của etanol và nớc Quá trình này dùng phơng pháp chiết với chất lỏng siêu tới hạn thì không kinh tế và sau đó curcumin đợc chiết ra lại chuyển hóa thành phức curcumin xyclodextrin tan trong nớc

Chassagnez tiến hành xử lý sơ bộ trớc khi chiết dùng CO2 siêu tới hạn

và ông kết luận rằng hiệu quả chiết curcumin phụ thuộc phần lớn vào quá trình xử lý sơ bộ

Ran thì chiết curcumin từ củ nghệ bằng dung dịch kiềm với pH = 9 Sau

đó curcumin đợc thu hồi bằng quá trình kết tủa ở pH = 3-4 Sản phẩm thu

đợc chứa 82,5 % curcumin Tuy nhiên curcumin thu đợc không bền trong

môi trờng kiềm và tốc độ phân hủy tăng nhanh từ pH = 7,45 đến pH = 10,2

Chơng II:

Phơng phơng pháp nghiên cứu

Trích ly là một quá trình tách một hoặc một số chất tan trong chát lỏng

tách chất hoà tan trong chất lỏng bằng một chất lỏng khác thì gọi là trích ly

tan hoặc hoà tan rất ít các cấu tử khác

môi phải khác xa với khối lợng riêng của dung dịch

Sau khi trích ly để thu đợc cấu tử cần tách ở dạng nuyên chất, ta phảI tách dung môi ra, bằng phơng pháp cô đặc nếu cấu tử hoà tan không bay

hơi Vì vậy để tiết kiệm năng lợng thì yêu cầu đối với dung môi là có nhiệt dung riêng riêng bé hoặc kết tinh nếu cấu tử càn tách có tính hoà tan hạn chế

II.2 Trích ly chất lỏng

II.2.1 sơ đồ nguyên tắc trích ly chất lỏng

Giai đoạn 1: Giai đoạn hai lu thể: trộn hỗn hợp cấu tử phân bố với dung môi lựa chọn Trộn hỗn hợp (A+B) với dung môi S

Giai đoạn 2: Giai đoạn tách hai pha: Tách lớp B và một phần ít A còn lại (Pha này gọi là pha Raphinat) và lớp (S+A) gọi là pha trích

Giai đoạn 3: Giai đoạn hoàn nguyên dung môi: tách cấu tử phân bố ra khỏi dung môi

Sơ đồ nguyên tắc của quá trình trích ly đợc mô tả nh sau:

Theo phương phỏp tiến hành quỏ trỡnh người ta phõn trớch ly tiếp xỳc từng bậc và trớch ly tiếp xỳc liờn tục Trong trớch ly tiếp xỳc từng bậc trạng thỏi pha của hệ ở mỗi bậc đạt gần đến cõn bằng Trớch ly tiếp xỳc từng bậc thường được thực hiện trong thiết bị cú cỏnh khuấy (một bậc gồm một thiết bị khuấy và một thiết bị lắng) hay trong thỏp đĩa (mỗi đĩa ứng với một bậc)

Trớch ly tiếp xỳc liờn tục được thực hiện, vớ dụ ở trong thỏp đệm, thỏp phun Sau khi trớch ly người ta thường hoàn nguyờn dung mụi bằng phương phỏp chưng luyện

II.2.2 Trích ly tiếp xúc từng bặc

II.2.2.1.Trớch ly một bậc

Đõy là phương phỏp trớch ly đơn giản nhất, hỗn hợp đầu và dung mụi thứ cựng cho vào một thiết bị cú cỏnh khuấy để được trộn lẫn và tiếp xỳc với nhau sau đú đưa sang thiết bị lắng để tỏch riờng hai pha: raphinat và dung dịch trớch, rồi đưa dung dịch trớch đi hoàn nguyờn để thu cấu tử cần trớch ly B

và dung mụi thứ S Nếu thời gian tiếp xỳc đủ thỡ quỏ trỡnh cú thể đạt gần đến trạng thỏi cõn bằng do định luật phõn bố quyết định và như vậy thỡ mức độ trớch ly là tương đối thấp Muốn tăng độ trớch ly đối với phương phỏp 1 bậc thỡ phải tăng lượng dung mụi thứ nhưng như vậy sẽ tốn nhiều dung mụi và hạ thấp nồng độ dung dịch trớch, quỏ trỡnh thu hồi cấu tử cần trớch ly từ dung dịch trớch sau này sẽ tốn kộm hơn Vỡ vậy quỏ trỡnh trớch ly 1 bậc chỉ dựng trong cụng nghiệp khi hệ số phõn bố rất lớn Quỏ trỡnh cú thể thực hiện liờn tục hoặc giỏn đoạn

II.2.2.2 Trích ly nhiều bậc chéo dòng

Hệ thống thiết bị trích ly đặt nối tiếp nhau Quá trình đợc thực hiện nh sau: Hỗn hợp đầu F lần lợt đi qua các bậc 1, 2, 3, , trong mỗi bậc nó

tiếp xúc với dung môi thứ đợc đa vào song song Sau mỗi bậc ta tách dung dịch trích ra chế biến còn pha raphinat đi sang bậc sau để trích ly tiếp cho đến khi đạt yêu cầu cần thiết Nh vậy, quá trình trích ly nhiều bậc chéo dòng chính là lặp lại nhiều lần quá trình trích ly một bậc và kết quả là ta thu đợc

nồng độ cấu tử cần trích ly B khác nhau, trong đó độ tinh khiết lớn nhất của cấu tử B chỉ đạt đợc ở bậc một và phụ thuộc vào kích thớc vùng hai pha, còn

ở các bậc sau thì nồng độ của B giảm dần Ngoài ra, phơng pháp này còn có nhợc điểm là tiêu tốn nhiều dung môi thứ do đó chỉ nên dùng trong các trờng hợp sau đây:

- Khi cần thu dung môi đầu A ở dạng nguyên chất mà không kể đến lợng bị mất mát của nó;

- Khi không cần hoàn nguyên dung môi thứ (dễ kiếm, rẻ tiền) hay quá trình hoàn nguyên đơn giản, ít tốn năng lợng;

- Khi lợng cấu tử cần trích ly B ít;

- Khi hệ số phân bố của cấu tử B trong dung môi thứ S lớn hơn rất nhiều

so với hệ số phân bố của A trong S

II.2.2 3 Trích ly nhiều bậc ngợc chiều

Phơng pháp này đợc dùng nhiều nhất trong công nghiệp Hệ thống thiết bị gồm nhiều bậc đặt nối tiếp nhau, hỗn hợp đầu F đi vào đầu này còn dung môi thứ S đi vào đầu kia của hệ thống và chuyển động ngợc chiều nhau

cần trích ly B nhất tiếp xúc với dung môi thứ S tinh khiết (không chứa hoặc chứa rất ít cấu tử B), còn ở bậc một hỗn hợp đầu F chứa nhiều cấu tử B nhất thì

đợc san bằng ở cả hai đầu của hệ thống và đảm bảo đợc mức độ trích ly triệt

để nhất So với phơng pháp nhiều bậc chéo dòng thì phơng pháp nhiều bậc ngợc chiều trong điều kiện cần đảm bảo độ tinh khiết củ pha raphinat nh nhau sẽ tốn ít dung môi hơn và cho lợng sản phẩm raphinat nhiều hơn, nhng

đòi hỏi số bậc trích ly nhiều hơn Phơng pháp nhiều bậc ngợc chiều, do đó

dòng

Trích ly nhiều bậc ngợc chiều đợc tiến hành trong hệ thống thiết bị

riêng hai pha – hoặc trong thiết bị loại tháp có cấu tạo khác nhau

II.2.3 Trích ly tiếp xúc liên tục

Trích ly tiếp xúc liên tục thờng đợc thực hiện trong các loại tháp làm việc liên tục, ngợc chiều nh tháp đệm, tháp phun…

Trong các loại tháp này pha nhẹ đi từ dới lên và pha nặng đi từ trên xuống Vị trí bề mặt phân chia pha phụ thuộc chiều cao cửa tháo: Khi cửa tháo cao (a) thì bề mặt phân pha cao hơn vòi phun trên và pha phân tán là pha nhẹ, khi cửa tháo thấp (b) thì mặt phân pha có thể thấp hơn vòi phun dới và pha phân tán là pha nặng, khi cửa tháo trung bình (c) bề mặt phân pha có thể ở giữa các vòi phun, trong trờng hợp này phần dới vòi phun trên pha nặng ở dạng phân tán, còn phần trên vòi phun dới pha nhẹ ở dạng phân tán

Sự làm việc của tháp đợc đặc trng bằng khả năng lu lại của pha phân tán ở trong tháp Khả năng lu lại của pha phân tán là lợng pha phân tán ở trong tháp trong một thời gian nhất định Năng suất thiết bị càng lớn nếu tốc

độ các lu thể càng lớn, nhng không nên tăng tốc độ các lu thể qua một giới hạn nhất định vì có thể sinh ra hiện tợng “sặc” trong tháp, hớng chuyển

động của các pha sẽ thay đổi và các pha sẽ bị tích lại thong khoang lắng

Tốc độ giới hạn đợc xác định phụ thuộc vào kiểu thiết bị Tốc độ làm

làm việc của pha liên tục

II.3.1 Khái niệm

Hoà tan chất rắn vào trong chất lỏng là một trong các quá trình đợc ứng dụng rộng rãi nhất trong công nghệ hoá học, công nghệ tuyển khoáng, công nghệ thực phẩm và nhiều ngành công nghệ khác Hoà tan là cơ sở để làm tăng tốc độ các quá trình khác nhau Vì ở trạng thái hoà tan thì độ phân tán rất lớn, hoạt tính hoá học, tốc độ chuyển động của các phần tử rất cao

Trong công nghiệp quá trình hoà tan còn đợc sử dụng để làm tách chất rắn thờng thì quá trình này còn kèm theo quá trình kết tinh

Quá trình hoà tan chọn lọc 1 hay một số cấu tử từ chất rắn gọi là quá trình trích ly rắn lỏng Trong công nghiệp, dung môi thờng dùng là nớc

là chỉ hoà tan cấu tử cần tách Trích ly rắn lỏng, trong trờng hợp riêng, đó là giai đoạn đầu quá trình gia công hoá học các khoáng sản, để tách các cấu tử qúy ra khỏi quặng Các quá trình này thờng kèm theo các quá trình lọc, bay hơi và kết tinh

–

dung môi thâm nhập vào các mao quản của vật thể rắn, hoà tan các cấu tử cần tách (hoặc là tiến hành các phản ứng hoá học) sau đó chất tan và dung môi khuyếch tán vào dung dịch từ vật thể rắn Đôi khi chất hoà tan chứa trong các mao quản của vật thể rắn ở dạng dung dịch lỏng, trờng hợp này chất hoà tan

đợc chuyển trực tiếp vào dung môi bằng khuyếch tán

Các yếu tố ảnh hởng chủ yếu lên quá trình trích lý rắn lỏng chủ yếu là: hình dạng, kích thớc, thành phần hoá học chất rắn, cấu trúc bên trong của chất rắn nh kích thớc, hình dạng, cách sắp xếp các mao quản,…

Trong một số trờng hợp quá trình hoà tan xảy ra do các phản ứng không đồng thể trên bề mặt phân chia pha Quá trình này không chỉ có 1 chất rắn hoà tan mà là một số chất rắn hoà tan hay tạo thành các sản phẩm khí Khi

đó trên bề mặt phân chia pha sẽ tạo thành 1 màng mỏng xốp các bọt khí Dung dịch ngay sát bề mặt phân chia pha thờng là dung dịch bão hoà Tất cả điều này làm giảm tốc độ hoà tan

II.3.2 Cân bằng và tốc độ của quá trình trích ly rắn lỏng –

Trạng thái cân bằng khi trích ly rắn lỏng đạt đợc khi thế hoá của cấu tử phân bố ở trong dung dịch bằng thế hoá của nó ở trong chất rắn Nồng độ của dung dịch đạt đợc khi đó gọi là độ hoà tan Các số liệu về độ hoà tan của các chất khác nhau phụ thuộc và nhiệt độ đã cho sẵn trong các tài tham khảo

Động lực của quá trình trích ly rắn lỏng là hiệu số giữa nồng độ của cấu

Bởi vậy nồng độ trên bề mặt giới hạn rắn lỏng có thể coi là nồng độ bão hoà

Cũng nh các quá trình chuyển khối khác, tốc độ của quá trình trích ly

) ( C C0

F d

M d

Cơ chế của quá trình di chuyển vật chất ở trong pha rắn đợc nghiên cứu trong các giáo trình chuyên ngành Còn sự thay đổi nồng độ chất tan trong dung dịch có thể đợc biểu hiện đơn giản ở hình dới

Hình II - 2

phân tử

δ δ

0 C C DF d

) ( C C 0 F C C 0 F

D M

Cbh

C0

S

thì δ càng bé, β càng lớn Bởi vậy khuấy trộn cho ta tăng khả năng hoà tan chất rắn

Ngoài ta khi nhiệt độ tăng thì tốc độ của quá trình hoà tan cũng tăng Vì

trích ly rắn lỏng ở áp suất thờng thì nhiệt độ làm việc sẽ nhỏ hơn nhiệt độ sôi của chất lỏng còn khi trích ly ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển thì nhiệt độ làm việc cho phép lớn hơn nhiệt độ sôi của chất lỏng ở áp suất khí quyển

Khác với quá trình hoà tan thông thờng, quá trình trích ly rắn lỏng có

bề mặt tiếp xúc pha chuyển sâu dần theo thời gian vào các mao quản của chất rắn làm giảm nhanh tốc độ của quá trình trích ly Bởi vậy các yếu tố ảnh hởng lên quá trình trích ly phức tạp hơn và có những yếu tố hoàn toàn khác với quá trình hoà tan thông thờng Ví dụ: khuấy trộn thì không có ảnh hởng

đén quá trình khuếch tán bên trong của vật thể rắn khi trích ly Để tăng tốc độ của quá trình trích ly ngời ta phải nghiền nhỏ kích thớc hạt rắn để làm tăng

bề mặt tiếp xúc pha và làm giảm đoạn đờng khuyếch tán bên trong

II.3.3 Sơ đồ trích ly rắn lỏng

II.3.3.1.T trích lý 1 bậc

Quá trình trích ly chất rắn có thể tiến hành bằng nhiều phơng pháp Sơ

rắn và dung môi cùng đợc cho vào thiết bị trích ly 1 Sau một thời gian, khi dung môi đã chứa đợc 1 lợng xác định chất hoà tan thì tháo dung dịch (dung môi + chất hoà tan) vào nồi chng 2

thiết trong chất rắn Sau đó cho hơi nớc đi qua bã hoặc đốt nóng lên để lấy hết dung môi còn lại trong bã Với quá trình trích ly nh vậy ta chỉ thu đợc dung dịch lần thứ nhất là khá đậm đặc còn các lần sau chỉ thu đợc dung dịch

loãng Để rút hết chất hoà tan cần nhiều thời gian và lợng dung môi khá lớn, vì thế trích ly theo sơn đồ này không tiết kiệm lắm

II.3.3.2 Trích ly nhiều bậc (hình II - 3)

Trong hệ thống này tất cả các nồi đều đổ đầy vật liệu rắn còn dung môi thì đi lần lợt qua tất cả các thiết bị trích ly Từ thiết bị cuối cùng dung dịch

đậm đặc đi vào nồi chng

Hơi dung môi từ thiết bị chung đi vào thiết bị ngng tụ làm lạnh, sau đó dung môi chảy vào thùng chứa rồi đi vào thiết bị thứ nhất Quá trình tiếp tục cho đến khi đạt đợc độ trích ly cần thiết của nồi thứ nhất Sau đó tháo hết dung môi và bã ra khỏi thiết bị thứ nhất rồi cho vật liệu mới vào, lúc này thiết

bị thứ nhất trở thành thiết bị cuối cung và thiết bị thứ 2 trớc kia bây giờ thành thiết bịthứ nhất

Sau khi đạt đợc độ trích ly cần thiết thì lại tháo dung môi và bã ra khỏi nồi thứ 2, cho vật liệu mới vào, nồi thứ 2 lại trở thành thiết bị cuối cùng, nồi thứ 3 trớc kia bây giờ lại làm việc với tính chất nồi thứ nhất Các nồi cứ lần lợt thay phiên nhau làm việc liên tục nh thế

sơ đồ trích ly chất rắn nhiều bậc

Mở van Đóng van

Hình II - 3