tách chiết alkaloid từ quả quất

Phương pháp tách chiết Alkaloid: Trong nguyên liệu thực vật ngoài alkaloid còn cò vô số các chất khác như protein, nhựa, tannin, terpenoid, glycoside, sáp…Chiết xuất các alkaloid là tác

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

TP HỒ CHÍ MINH

Đề tài:

GVHD:

Nhóm:

Mục Lục

Lời Mở Đầu

Alakloid thường được biết đến như một hợp chất gây độc thương thấy trong thực vật Đặc biệt, alkaloid có hoạt tính sinh lý cao đối với cơ thể người và động vật, nhất là đối với hệ thần kinh Với liều lượng hợp lí alkaloid có thể sử dụng để làm thuốc giảm ho, giảm đau,… Do đó, việc nghiên cứu về phân tích và tách chiết alkaloid đang là một vấn

đề khá mới mẻ và quan trọng cho đời sống ngày nay

Để biết rõ về vai trò và một số tính chất, tác dụng của alkaloid, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu thêm về một alkaloid có trong một loại cây gần gũi trong đời sống chúng ta: đó chính là cây quất hay còn gọi là cây tắc

Tổng Quan Về Alkaloid

I Khái niệm alkaloid:

Alkaloid có nguồn gốc từ chữ alcali tiếng Ả Rập là kiềm Alkaloid là:

- Những hợp chất hữu cơ có chứa dị vòng nitơ, có tính bazơ thuờng gặp trong nhiều loài thực vật và đôi khi còn tìm thấy trong một vài loài động vật

- Có hoạt tính sinh lí cao đối với cơ thể con nguời và động vật, nhất là đối với hệ thần kinh

- Là chất độc gây chết nguời nhưng rất quan trọng nhất là trong lĩnh vực y học

- Cung cấp những loại thuốc có giá trị chữa bệnh cao

II Phân bố:

Alkaloid phân bố ở trong cả động vật và thực vật nhưng phần lớn có trong thực vật

- Trong thực vật cao có: Cà phê, Mã tiền, Trúc đào, họ Cà, Hành, Tỏi,…

- Ngành hạt kín

- Trong thực vật bậc thấp có trong một số loài nấm

Các loại thực vật giàu alkaloid: Apocynaceae, Papaveraceae, Fabaceae, Ranunculaceae, Rutaceae, Liliaceae, Solanaceae, Berberiadaceae,…

Alkaloid tập trung ở một số bộ phận nhấy định như:

 Hạt: Mã tiền, cà phê, cola,…

 Quả: Ớt, hồ tiêu, thuốc phiện, anh túc…

 Hoa: Cà độc dược

 Lá: Trà, thuốc lá,…

 Thân, vỏ thân: Ma hồng, canhkina,…

 Rễ: Lựu, ba gạc,…

 Củ: Bình vôi, ô dầu, bách bộ…

 Hành: Nữ hoàng cung

Hình II.1: Cây anh túc Hình II.2: Cà độc dược

Hình II.4: Cây lựu

Hình II.5: Cây canhkina

Hình II.6: Bình vôi

III Hàm lượng alkaloid:

Thay đổi theo điều kiện dinh dưỡng, sinh lý của cây

Hàm lượng alkaloid trong cây thường rất thấp cỡ 1-3% Trừ 1 vài trường hợp:

- Vỏ thân cây Canhkina chứa 6-10% alkaloid

- Nhựa cây thuốc phiện chứa 20-30% alkaloid

IV Phân loại:

Alkaloid được phân loại dựa trên cơ sở cấu tạo của các nhóm chứa cacbon-nitơ trong phân tử

- Alkaloid chứa nitơ ngoài vòng

- Dẫn xuất của pyrrol

- Dẫn xuất 1- metyl pyrolizidin

- Dẫn xuất pyridine và pyperidin

- Các hợp chất chứa vòng nitơ 5 cạnh, 6 cạnh không ngưng tụ

- Các hợp chất chứa vòng nitơ 5 cạnh, 6 cạnh ngưng tụ (nhóm tropan)

- Hợp chất chứa 2 vòng pyperidin ngưng tụ

- Các hợp chất quinolin

- Các hợp chất izo-quinolin

- Các hợp chất indol

- Các hợp chất imidazol

- Các hợp chất chứa nhóm purin

- Các hợp chất alkaloid steroid

V Tính chất của Alkaloid

5.1 Tính vật lý:

- Phân tử lượng khoảng 100-900

- Ở nhiệt độ thường, các alkaloid thường là dạng lỏng vì trong cấu trúc không chứa các nguyên tử oxi (Ví dụ: nicotin, spartein, coniin…) Còn các alkaloid trong cấu trúc chứa các nguyên tử oxi hầu hết ở dạng chất rắn kết tinh (Ví dụ: berberin)

- Hầu hết các Alkaloid bazo không tan trong nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ như CHCl3, ete và các ancol bậc thấp (MeOH, EtOH, PrOH, BuOH)

- Một số nhóm Alkaloid có thêm các nhóm phân cực nên tan được một phần trong nước hoặc trong kiềm Ví dụ: Mocphin, Cephalin

- Ngược lại, các muối alkaloid nói chung tan được trong nước và ancol, hầu như không tan trong dung môi dung môi hữu cơ Độ tan của các muối phụ thuộc vào các gốc acid tạo ra chúng

- Hầu hết alkaloid có vị đắng, không mùi Một số ít có vị cay như capsaixin, piperin,

…

- Thường alkaloid không màu trừ berberin, palmatin, chelidonin màu vàng

5.2 Tính hóa học:

Alkaloid là các bazo yếu, do sự có mặt của nguyên tử N Nhưng độ kiềm của Alkaloid không giống nhau do ảnh hưởng khác nhau của lớp điện tích nguyên tử N gây ra và ảnh hưởng của các nhóm chức khác.Tính bazo giảm dần theo thứ tự Amoni bậc 4, Amino bậc

1, Amoni bậc 2, Amoni bậc 3 Tính bazo phản ánh ở pKa khác nhau (Các bazo yếu sẽ có trị số pKa thấp)

VI Cơ sở và nguyên tắc tách chiết Alkaloid:

.1 Cơ sở:

- Dựa vào những định luật chi phối của quá trình chiết xuất là khuếch tán, thẩm thấu, thẩm tích, độ hòa tan

- Dựa vào khả năng hòa tan của các Alkaloid trong các dung môi hữu cơ, vô cơ và nước

- Dựa vào các tính chất lý hóa của alkaloid

.2 Phương pháp tách chiết Alkaloid:

Trong nguyên liệu thực vật ngoài alkaloid còn cò vô số các chất khác như protein, nhựa, tannin, terpenoid, glycoside, sáp…Chiết xuất các alkaloid là tách chúng ra khỏi dược liệu dưới dạng tinh khiết, không lẫn các tạp chất hóa học khác nhau có chứa trong dược liệu

Dựa vào các tính chất chung của alkaloid người ta đưa ra hai phương pháp chung để chiết tách các alkaloid ra khỏi nguyên liệu thực vật

Có 2 cách:

- Ngâm bột dược liệu với ete dầu hoặc ete trong vài giờ hoặc 1 ngày

- Chiết liên tục bằng Soxhlet hoặc hồi lưu với ete dầu trong 1-2 giờ Bột loại tạp xong để khô tự nhiên

 Có 2 dung môi hữu cơ chính dùng để chiết alkaloid:

 Chiết bằng dung môi hữu cơ

• Ưu điểm:

Hiệu suất chiết các hoạt chất từ dược liệu cao do dịch chiết rút ra sạch, dễ tinh chế loại các tạp đi kèm theo Các dung môi hữu cơ không phân cực thường là các dung môi có khả năng chiết chọn lọc đối với alkaloid ở dạng base

• Nhược điểm:

Dung môi hữu cơ thường là các dung môi đắt tiền Khi sử dụng các dung môi này để chiết đòi hỏi các thiết bị phức tạp đầu tư cho thiết bị lớn

Bột dược liệu được tẩm kiềm chiết nóng CHCl3

Cất thu hồi CHCl3 Hòa rắn vào nước axit 1%Dịch chiết CHCl3 lắc với nước axit 1-2 %

Dịch chiết axit lắc dung môi hữu cơ loại tạp

Dịch chiết Alkaloid đã loại tạp + kiềm, chiết với CHCl3 Dung dịch axit kết tủa kiềm pH=10-12

Dịch chiết CHCl3 cất dung dung môi

Alkaloid toàn phần

Dung dịch axit lần lượt chiết CHCl3 ở pH khác nhau

pH=2: Alkaloid bazo yếu

pH=7: Alkaloid bazo trung bình

pH=12: Alkaloid bazo mạnh

Hình VI.1: Sơ đồ tách chiết bằng dung môi hữu cơ

Dược liệu chiết cồn hoặc nước axit

Nếu chiết cồn, cất thu hồi cồn Cô còn 1/3-1/5 thể tích Nếu chiết cồn, cất thu hồi cồn

Dung dịch axit qua cột cationDung dịch cô(axit) để yên 1-3 ngày LọcDung dịch axit để lạnh loại tạp

Kiềm hóa cột bằng NH4OH Dịch lọc+ kiềm chiết(CHCl3)Dung dịch lọc kiềm hóa pH 12

Rửa cột bằng cồn Dịch chiết CHCL3Hòa tan tủa vào dung dịch axit, lại tủa với kiềm

Alkaloid toàn phần

 Chiết bằng dung dịch nước acid cồn

• Ưu điểm:

Dung môi rẻ tiền, dễ kiếm Thiết bị chiết xuất đơn giản, đầu tư ít

• Nhược điểm:

Dịch chiết rút ra lẫn nhiều tạp chất, khó tinh chế do đó mất mát nhiều trong khâu tinh chế làm cho hiệu suất chiết thấp

Hình VI.2: Sơ đồ tách chiết bằng dung dịch axit

.3 Các phương pháp tách alkaloid dưới dạng tinh khiết

− Thăng hoa

Thăng hoa có thể thực hiện trực tiếp trên dược liệu như tách caffeine từ chè hoặc có thể

sử dụng để tách và tinh chế các hợp chất có trong dung dịch chiết thô

Các thiết bị hiện đại cho phép sử dụng áp suất giảm và kiểm soát được nhiệt độ trong quá trình thăng hoa

− Cất

Cất phân đoạn thường được sử dụng để tách các hợp phần trong một hỗn hợp các chất dễ bay hơi Trong hóa thực vật nó được sử dụng rộng rãi trong phân lập các hợp phần tinh dầu Tuy nhiên khó có thể sử dụng phương pháp này để tách các hợp phần phụ trong hỗn hợp tinh dầu dưới dạng tinh khiết Để phân lập tinh dầu và acid hydrocyanic và một số alkaloid thể lỏng như spartein, nicotin từ thực vật thường sử dụng phương pháp cất lôi cuốn nước

− Giải phóng phân đoạn

Một số nhóm các hợp chất tự nhiên có thể giải phóng phân đoạn từ hỗn hợp Có thể lấy ví

dụ một hỗn hợp muối alkaloid trong dung dịch nước nếu them từ từ vừa đủ từng phần kiềm lúc đầu các base yếu nhất sẽ được giải phóng ra dưới dạng base tự do Tăng dần độ kiềm lên sẽ lần lượt giải phóng các base có tính kiềm mạnh dần Mỗi lần them kiềm và ta lắc hỗn hợp với dung môi hữu cơ có thể hòa tan trong dung môi nhất định Người ta thường sử dụng các dẫn xuất của các hợp phần tách để thay đổi độ tan của nó (ví dụ muối picrat của các alkaloid, asazon của đường)

− Sắc ký hấp phụ

Trong các trường hợp khác nhau tách và phân lập các hợp chất từ thực vật, kỹ thuật sắc

ký là một trong những kỹ thuật được sử dụng nhiều nhất Để tẩy màu và làm trong dung dịch ta sử dụng than hoạt, các tạp chất màu sẽ bị hấp phụ bởi than hoạt và sau khi lọc ta

sẽ thu được một dung dịch không màu

Tất cả các chất rắn khi được phân chia nhỏ đều có khả năng hấp phụ ít nhiều các chất khác trên bề mặt của nó và ngược lại tất cả các chất đều có thể bị hấp phụ từ dung dịch ở các mức độ khác nhau Hiện tượng hấp phụ chọn lọc là nguyên lý cơ bản của sắc ký Qúa trình cơ bản của sắc ký có thể được mô tả dựa trên thí nghiệm của Tswett như sau:

Dịch chiết ether dầu hỏa (40-600C) của lá cây tươi được cho qua một cột thủy tinh thẳng đứng trong có chứa bột calci carbonat Các sắc tố trong cột bị hấp phụ vào chất nhồi cột

và sẽ tách trong quá trình chảy qua cột Các sắc tố hấp phụ mạnh hơn như xanthophyl và clorophyl sẽ tập trung thành các băng màu đặc trưng rõ rệt gần đỉnh cột trong khi các sắc

tố có độ hấp phụ kém hơn như các carotene tập trung ở các băng thấp hơn phía dưới Thường việc tách hoàn toàn thành các thành phần thành các băng rõ rệt không xảy ra ở giai đoạn hấp phụ đầu tiên mà trong giai đoạn này các băng còn tập trung gần nhau ở phần đỉnh cột Tiếp tục triển khai cột bằng dung môi tinh khiết, các chất bị hấp phụ sẽ di chuyển dần xuống phía dưới và các băng được tách ra xa nhau hơn Trong nhiều trường hợp quá trính được tiến hành hiễu quả hơn nhờ sử dụng dung môi triển khai mà các chất

ít bị hấp phụ từ nó hơn Ví dụ nếu ether dầu hỏa có chứa một ít acol được cho thẳng qua

cột trong thí nghiệm được mô tả ở trên thì các băng sẽ tách ra xa nhau hơn và sẽ chạy qua cột nhanh hơn so với khi chỉ dung ether-dầu hỏa để triển khai Khi ta cho dung môi tiếp tục chạy qua cột băng thấp hơn trong cột sẽ chạy tới đáy và biến mất, sắc tố sẽ thu được ở dịch chảy ra ở đáy cột Qúa trình này gọi là quá trình giải hấp phụ (elution), dung dịch đó gọi là dung dịch giải hấp phụ (eluate) Các chất dễ dàng hấp phụ từ các dung môi không phân cực như ether dầu hỏa, benzene thường dễ dàng giải hấp phụ bằng các dung môi phân cực như alcol, nước, piridin…Một vài các hợp chất bị hấp phụ ở pH nhất định sẽ được giải hấp phụ ở một pH khác

Các chất khác nhau thường được dung làm chất hấp phụ là: nhôm oxyd, silicagel, magnesi oxyd, kaolin, calci carbobnat, than hoạt và các loại đường Sucrose ở dạng bột được Tswett sử dụng để tách các chlorophyll A và B

Khi ta tiến hành sắc ký các chất không màu, các băng của các chất bị hấp phụ không thể trông thấy được Trong một số trường hợp có thể sử dụng đèn tử ngoại để xác định các vùng phát quang dưới ánh sang tử ngoại hoặc có thể chia sắc phổ ra nhiều phần nhỏ riêng biệt và giải hấp thụ hoặc chiết từng phần nhỏ đó riêng rẽ Đôi khi người ta thu dịch giải hấp phụ của toàn bộ cột thành các phần riêng biệt rồi tiến hành phân tích riêng các phần riêng biệt đó

Dụng cụ để tiến hành sắc ký hấp phụ rất đơn giản chỉ gồm một cột bằng thủy tinh trong nhồi chất hấp phụ

Sắc ký hấp phụ thường được sử dụng trong phân lập và tinh chế các vitamin, hormone, một số các alkaloid, các glycoside tim, antraquion…

Tách Chiết Alkaloid Trong Cây Quất

I Sơ lược về cây quất :

1.1 Nguồn gốc:

Cây quất hay còn gọi là tắc (Citrus Microcarpa Bunge), thuộc loài Citrus, họ Rutaceae (họ Cam), có nguồn gốc từ Trung Quốc, Nhật Bản… và được trồng rộng rãi khắp Việt Nam Tiếng Anh, Pháp còn gọi là Kumquat, Clementine Cây quất thường làm cảnh, quả được thu hái quanh năm để làm mứt hoặc nước uống… Tinh dầu có mùi thơm

dễ chịu, hàm lượng Limonene cao được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm và mỹ phẩm Các kết quả khoa học gần đây cho thấy Limonene còn có tác dụng tán sỏi, phá khối u…

1.2 Hình dáng:

Cây quất là cây nhỏ, cao khoảng 1-1,5m, thân dẻo màu xanh xám, phân nhiều cành nhánh, lá đơn hình bầu dục, màu xanh thẫm, cuống có cánh rất nhỏ, có đốt ở đầu Hoa thường đơn độc, nở xòe 5 cánh màu trắng tươi, rất thơm, chùm nhụy rất ngắn Quả hình cầu, lúc còn non màu xanh bóng, khi chín đổi thành màu vàng cam Bên trong ruột

có nhiều múi màu vàng nhạt, chứa nhiều nước chua

1.3 Thành phần:

Về thành phần hóa học, dịch quả quất chứa pectin 10%, vitamin C 0,13-0,24 mg%, sắt 5,1 mg%, đồng 0,8 mg%, ngoài ra còn đường, acid hữu cơ và chất fortunelin Vỏ quả quất chứa tinh dầu gồm 25 thành phần, dùng để sản xuất tinh dầu

Ngoài ra, thành phần của nước quả quất đã cô lại thành cao quất có chứa flavonoid, alkaloid, phytosterol, steroid, carotenoid, acid hữu cơ, đường khử Bên cạnh quá trình tách chiết tinh dầu,việc nghiên cứu tách chiết alkaloid cũng là 1 vấn đề khá mới mẻ góp phần tìm ra những chất có dược tính từ thiên nhiên

II Phương pháp tách chiết:

Người ta đã tìm ra những phương pháp trích ly mới cho hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng và chất lượng thu được tốt hơn Phương pháp chưng cất hơi nước với sự hỗ trợ của

vi sóng là 1 trong những phương pháp đã và đang được nghiên cứu để đưa vào sản xuất

và thu được 1 số thành tựu to lớn

2.1 Nguyên liệu:

Nguyên liệu được sử dụng trong nghiên cứu ở đây là quả quất Từ nước quả, tách chiết được 1 alkaloid, với nhiều khả năng là codein Đây là 1 thành phần khá phổ biến trong nhiều loại dược phẩm thông dụng như efferagan, terpin

1 kg quả quất thu được lượng cao quất 152 g/1 kg quả (độ ẩm 56,51%)

2.2 Phương pháp nghiên cứu và tách chiết alkaloid trong nước quả quất:

− Phương pháp tách chiết: chiết tận trích với dung môi CHCl3 trong môi trường kiềm

− Phương pháp xác định hợp chất: phương pháp phân tích sơ bộ hóa thực vật

− Phương pháp nhận danh alkaloid: đo điểm chảy, phương pháp tạo tủa và màu với các thuốc thử đặc trưng, sắc ký lớp mỏng (SKLM), xác định phổ UV trên máy UV-VIS Spectrophotometer Jenway 6505

2.3 Quy trình tách chiết alkaloid:

- Nước quả quất đem cô đặc trong chân không thành cao quất, trích ly với ete dầu hỏa để loại tạp

- Kiềm hóa bằng dd NH4OH 25% đến pH=9 trong 60 phút

- Chiết hồi lưu bằng dd chloroform khoảng 3 tiếng Nhiệt độ chiết khoảng 50-600C

- Dịch chiết được cô còn khoảng 1/3 thể tích, sau đó acid hóa bằng H2SO4 2%

- Dịch acid được kiềm hóa bằng dd NaOH 10% đến pH=10

- Lọc lấy tủa, rửa tủa bằng nước cất Đem sấy khô ở 50-600C được tủa alkaloid A dạng tinh thể trắng (1,49% tính trên khối lượng cao quất)

- Dịch kiềm được đem đi chiết với CHCl3, rửa loại kiềm bằng nước cất Cô thu hồi CHCl3, kết tinh alkaloid thô trong cồn 900 Lọc và sấy khô được alkaloid B

- Phương pháp tách chiết: chiết tận trích trong dung môi CHCl3, trong môi trường kiềm

- Phương pháp xác định hợp chất: phương pháp sơ bộ hóa thực vật

- Phương pháp nhận biết alkaloid: đo điểm chảy, tạo tủa và màu với các thuốc thử đặc trưng, sắc ký lớp mỏng, xác định phổ UV trên máy quang phổ UV-V

Cao quất (20g) Chiết ete, lắng

Để khô Kiềm hóa Chiết hồi lưu Dịch chiết

Cô còn 1/3 V Acid hóa Dịch acid Kiềm hóa Lọc

Sấy khô

Chiết Dịch chiết CHCl3

Rửa Loại dung môi Alkaloid thô Kết tinh, lọc

Alkaloid B Alkaloid A

Ete dầu 30ml × 2

Dd NH4OH 25%

CHCl3

Độ ẩm 60 – 73%

Dịch ete (loại tạp) Khoảng 30 phút

3 giờ, 500C

H2SO4 2%

NaOH 10%

pH=10

CHCl3 Nước cất

Nước cất

Cồn 900

50-600C

Nhận danh đo điểm chảy, thử UV, SKLM

Kiểm tra bằng thuốc thử Dragerdroff

Hình II.1: Sơ đồ tách chiết alkaloid trong quất

.4 Phân tích các thành phần hóa học có trong cao của dịch quả quất: