Ứng dụng nhựa trao đổi ion để phân lập acid shikimic từ đại hồi

Bảng 3.1 Lượng acid shikimic được hấp phụ bởi các anionit mg/g ở các thời điểm khác nhau 33 Bảng 3.2 Lượng acid shikimic được hấp phụ bởi các anionit mg/g ở các nhiệt độ khác nhau 35 Bả

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

ĐỖ THỊ LOAN

ỨNG DỤNG NHỰA TRAO ĐỔI ION ĐỂ PHÂN LẬP ACID SHIKIMIC TỪ ĐẠI HỒI

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ DƯỢC PHẨM VÀ BÀO CHẾ

MÃ SỐ 60720402

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Văn Hân

HÀ NỘI 2016

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài khóa luận này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình về mọi mặt từ các thầy cô, bạn bè

Tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới :

TS Nguyễn Văn Hân

Người thầy đã dành cho tôi sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với sự hợp tác, hỗ trợ của dược

sỹ Nguyễn Thị Khuyên, sinh viên Nguyễn Thị Thảo My đã cùng tôi thực

hiện nghiên cứu này

Xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của PGS TS Nguyễn Đình

Luyện cùng các Thầy Cô giáo, anh chị kỹ thuật viên ở Bộ môn Công nghiệp dược, các thầy cô, cán bộ trường đại học Dược Hà Nội đã tạo mọi điều kiện

giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Do thời gian có hạn và trình độ bản thân còn hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô và sự góp ý chân thành của bạn bè

Hà Nội, tháng 03 năm 2016

Học viên

Đỗ Thị Loan

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Tổng quan về acid shikimic 2

1.1.1 Công thức hóa học, tính chất 2

1.1.2 Nguồn gốc acid shikimic 2

1.1.3 Vai trò acid shikimic 4

1.2 Tổng quan về Đại hồi và một số phương pháp chiết xuất acid shikimic từ Đại hồi 7

1.2.1 Vài nét về cây Đại hồi 7

1.2.2 Một số phương pháp chiết xuất, tinh chế acid shikimic từ Đại hồi: 9

1.3 Tổng quan về nhựa trao đổi ion 15

1.3.1 Phương pháp trao đổi ion 15

1.3.2 Nhựa trao đổi ion 17

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 Nguyên vật liêu, hóa chất, dung môi, thiết bị 24

2.1.1 Nguyên vật liệu, hóa chất, dung môi 24

2.1.2 Thiết bị thí nghiệm 25

2.2 Nội dung nghiên cứu 26

2.2.1 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng hấp phụ acid shikimic của anionit 26

2.2.2 Lựa chọn dung dịch phản hấp phụ acid shikimic từ anionit 26

2.2.3 Khảo sát khả năng tái sử dụng anionit 27

2.2.4 Ứng dụng anionit để phân lập acid shikimic từ dịch chiết dược liệu 27

2.3 Phương pháp nghiên cứu 27

2.3.1 Phương pháp định lượng acid shikimic 27

2.3.2 Phương pháp xác định dung lượng hấp phụ acid shikimic của anionit 29

2.3.3 Phương pháp xác định mức độ phản hấp phụ acid shikimic của anionit 30

2.3.4 Phương pháp phân lập acid shikimic trong dịch chiết dược liệu bằng anionit 31 CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 32

3.1 Khảo sát thông số hấp phụ và phản hấp phụ acid shikimic của các nhựa trao đổi ion… 32

3.1.1 Khảo sát thời gian hấp phụ acid shikimic của các loại anionit 32

3.1.2 Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới dung lượng hấp phụ acid shikimic của anionit 34

3.1.3 Khảo sát khả năng phản hấp phụ của mỗi loại anionit 36

3.1.4 Khả năng tái sử dụng anionit 39

3.2 Ứng dụng nhựa trao đổi ion trong phân lập acid shikimic từ Đại hồi 40

3.2.1 Xác định hàm lượng acid shikimic có trong Đại hồi 40

3.2.2 Chiết xuất và phân lập acid shikimic từ Đại hồi 41

3.2.3 Khảo sát khả năng tái sử dụng của Diaion SA12A 44

3.2.4 Chiết xuất và phân lập acid shikimic với mẻ 150g Đại hồi 45

CHƯƠNG 4 BÀN LUẬN 52

4.1 Dung lượng hấp phụ và tốc độ hấp phụ của các hạt anionit 52

4.2 Tác nhân phản hấp phụ 53

4.3 Khả năng ứng dụng anionit để phân lập acid shikimic từ dịch chiết Đại hồi 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59

Bảng 3.1 Lượng acid shikimic được hấp phụ bởi các anionit (mg/g)

ở các thời điểm khác nhau

33

Bảng 3.2 Lượng acid shikimic được hấp phụ bởi các anionit

(mg/g) ở các nhiệt độ khác nhau

35

Bảng 3.3 Hiệu suất phản hấp phụ acid shikimic khỏi mỗi loại

anionit của tác nhân NaCl (%)

37

Bảng 3.4 Hiệu suất phản hấp phụ acid shikimic khỏi mỗi loại

anionit của tác nhân HCl (%)

37

Bảng 3.5 Hiệu suất phản hấp phụ acid shikimic khỏi mỗi loại

38

Bảng 3.6 Khả năng tái sử dụng các anionit 39

Bảng 3.7 Kết quả từng giai đoạn của quá trình phân lập acid

shikimic bằng nhựa Diaion SA12A từ dịch chiết Đại hồi

43

Bảng 3.8 Hiệu quả tái sử dụng nhựa Diaion SA12A trong phân lập

acid shikimic từ Đại hồi

44

Bảng 3.9 Hiệu suất phân lập acid shikimic từ Đại hồi bằng nhựa

Diaion SA12A

48

Bảng 4.1 Sự khác biệt khi hấp phụ dung dịch acid shikimic tinh

khiết và dịch chiết Đại hồi

54

Bảng 4.2 Sự khác biệt của các lần tái sử dụng với dung dịch acid

shikimic tinh khiết và dịch chiết Đại hồi

55

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 3.1 Sơ đồ tóm tắt quy trình phân lập acid shikimic từ dịch

chiết Đại hồi bằng nhựa Diaion SA12A

47

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Công thức cấu tạo acid shikimic 2

Hình 1.2 Sơ đồ tổng hợp acid shikimic theo Raphael (1960) và

Hình 1.4 Sơ đồ con đường Shikimat 5

Hình 2.1 Nguyên liệu quả Đại hồi 24

Hình 3.1 Lượng acid shikimic được hấp phụ bởi các anionit ở

các thời điểm khác nhau

33

Hình 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới dung lượng hấp phụ của

từng anionit

35

Hình 3.3 Sắc ký đồ của mẫu Đại hồi 41

Hình 3.4 Sắc ký đồ của acid shikimic chuẩn 41

Hình 3.6 Acid shikimic tinh khiết 49

Hình 4.1 Hiệu suất phản hấp phụ acid shikimic từ các hạt anionit

52

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

HPLC : High Performance Liquid Chromatography – sắc ký lỏng hiệu năng cao.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Acid shikimic là một chất trung gian quan trọng trong quá trình tổng hợp các acid amin thơm, alkaloid…trong nhiều loài thực vật và vi sinh vật Gần đây, acid shikimic còn được dùng làm nguyên liệu để điều chế oseltamivir phosphat (oseltamivir phosphat là hoạt chất có tác dụng chống cúm) Mặc dù dịch cúm đã chấm dứt nhưng luôn có nguy cơ bùng phát, nhu cầu thuốc chống cúm vẫn rất bức thiết Vì vậy cần các nghiên cứu tìm kiếm nguồn nguyên liệu

và phương pháp hiệu quả nhằm thu được acid shikimic với hiệu suất cao

Đại hồi là nguồn nguyên liệu quan trọng để chiết xuất acid shikimic Hàm lượng acid shikimic trong Đại hồi có thể từ 5-7%, nên Đại hồi là nguyên liệu chính để sản xuất oseltamivir Ngoài Đại hồi, acid shikimic được tìm thấy

trong một số loài khác như : cây bạch quả (Ginkgo biloba), quả sau sau (chi

Liquidambar), bạch đàn (Chi Eucalyptus)… hoặc được sinh tổng hợp nhờ vi

khuẩn Escherichia coli hay tổng hợp hóa học theo nhiều con đường khác nhau

Tuy nhiên các phương pháp này thường phức tạp, hiệu suất thấp vì vậy chưa đưa vào sản xuất quy mô công nghiệp Ở nước ta, Đại hồi cũng là một nguồn dược liệu lớn, tiềm năng

Đã có nhiều nghiên cứu chiết xuất acid shikimic trong Đại hồi, song các dung môi được sử dụng đều là dung môi hữu cơ, gây độc hại cho môi trường

và người nghiên cứu Trong khi đó, acid shikimic có thể phân lập được bằng

phương pháp trao đổi ion, nên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài : “Ứng

dụng nhựa trao đổi ion để phân lập acid shikimic từ Đại hồi” với những

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về acid shikimic

1.1.1 Công thức hóa học, tính chất

Công thức hóa học : C7H10O5

Công thức cấu tạo :

Hình 1.1 Công thức cấu tạo acid shikimic Tên khoa học : acid (3R,4S,5R) – 3,4,5 – trihydroxy -1-cyclohexen -1-

carboxylic

Phân tử lượng : 174,15

Tính chất : Acid Shikimic là một chất kết tinh màu trắng, rất dễ tan trong

nước (18g/100mL), tan trong methanol, ethanol tuyệt đối (2,25g/100mL), không tan trong ethylacetat, aceton, cloroform, benzen, ether dầu hỏa

Nhiệt độ nóng chảy : 183 – 184,50C

Năng suất quay cực []18 = -183,8 (C = 4,03/ H2O)

Dung dịch acid Shikimic trong ethanol có cực đại hấp thụ ở 213 nm [32]

1.1.2 Nguồn gốc acid shikimic

Acid shikimic được chiết xuất lần đầu tiên bởi Eykman từ 1 loại hồi Nhật

Bản shikimi-no-ki (tên khoa học là Illicium religiosum Sieb et Zucc.) vào

năm 1885 Do đó tên acid shikimic xuất phát từ tên loài hồi này [6],[29],[32]

Acid shikimic có trong nhiều loài cây, vi sinh vật và có vai trò then chốt trong quá trình sinh tổng hợp Nhưng chỉ có một số ít loài thực vật có chứa một

lượng đáng kể acid shikimic trong đó quan trọng nhất là Đại hồi (Illicium

verum) Cho đến nay đã có nhiều tài liệu nghiên cứu chiết xuất acid shikimic từ

Đại hồi với tỉ lệ hàm lượng acid shikimic chiết được từ 5 – 7% Năm 2005, Richard Payne đã chiết tách và phân lập được 7% acid shikimic từ Đại hồi [25]

Ở Việt Nam cũng đã có một số nghiên cứu chiết tách acid shikimic tương tự Nguyễn Quyết Chiến và cộng sự (2006) đã phân lập được 7,02 % acid shikimic

từ hồi Việt Nam ( I.verum) [1] Nguyễn Đình Luyện và cộng sự (2006) thực

hiện nghiên cứu chiết tách acid shikimic tại trường đại học Dược – Hà Nội cho

tỉ lệ acid shikimic từ 5 - 7% [6] Ngoài ra acid shikimic có thể được chiết xuất

từ hạt của quả sau sau (chi Liquidambar) rất phổ biến ở Bắc Mỹ, với hiệu suất khoảng 2 – 4% [18] Một số loài thực vật khác có chứa acid shikimic bao gồm

nho, táo, bạch quả (Ginkgo biloba), liễu (Salix nigra), một số cây thuộc chi

Eucalyptus (E.sieberiana F.Muell, E.citriodora), đinh hương (Syzygium aromaticum, Myrtaceae), quả cây lý gai ( chi Gooseberry), cây việt quất châu

Mỹ và châu Âu (Vaccinium macrocarpon, V.oxycocos, V.myrtillus) [13]

Ngoài ra, acid shikimic còn có thể được tổng hợp hoặc bán tổng hợp Raphael (1960) và Smissman (1959) đã tổng hợp acid Shikimic từ 1,3-butadien-1,4-diyl diacetate qua phản ứng Diels Alder (hình 1.2) [26],[27],[30] Grewe (1964) và cộng sự tổng hợp acid Shikimic từ 1,3-butadien Ngoài ra, acid shikimic có thể được tổng hợp từ benzen, bán tổng hợp từ acid quinic và D-manose (hình 1.3) [16],[29]

Hình 1.2: Sơ đồ tổng hợp acid shikimic theo Raphael (1960) và Smissman (1959 )

Hình 1.3: Sơ đồ tổng hợp Acid Shikimic theo Dangschat, G (1950)

1.1.3 Vai trò acid shikimic

Trong tự nhiên, acid shikimic là một nguyên liệu cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp các acid amin thơm như L-phenylalanin, L-tyrosin và L-tryptophan hay các chất có nhân thơm trong cây ( flavonoid, coumarin), indol và các dẫn chất, một số alcaloid, tanin, lignin, acid p-aminobenzoic thông qua con đường Shikimat (hình 1.4) [20]

Hình 1.4: Sơ đồ con đường Shikimat

Acid shikimic là nguyên liệu tổng hợp hóa học của acid triacetyl shikimic

có tác dụng chống kết tập tiểu cầu và huyết khối bằng cách tác động lên sự chuyển hóa acid arachidonic [21]

Acid 6-fluoroshikimic là một dẫn chất của acid shikimic được sử dụng như một chất kháng khuẩn và diệt ký sinh trùng hiệu quả Vì vậy acid shikimic

có thể đóng vai trò quan trọng tạo ra thuốc bao gồm thuốc kháng khuẩn, kháng virus, diệt ký sinh trùng [17]

Đặc biệt, trong những năm gần đây, acid shikimic trở thành nguồn nguyên liệu quan trọng để tổng hợp oseltamivir có vai trò ức chế enzym neuraminidase – một enzym cần cho quá trình giải phóng và lây lan virus từ các tế bào bị nhiễm Hoạt chất Oseltamivir có tác dụng trên virus cúm type A và type B đặc biệt với chủng H5N1 [13] Kim và cộng sự (1997) đã tìm ra con đường tổng hợp oseltamivir từ acid shikimic Trong quá trình này nhóm 3-isopenyl ete được tạo ra bằng phản ứng mở vòng tritylaziridin và xúc tác acid, cho phép tạo

ra các hợp chất có cấu trúc tương tự bằng cách thay đổi các tác nhân nucleophin Tiếp sau đó, Rohloff và cộng sự (hãng Gilead) đã xây dựng được phương pháp tổng hợp có hiệu quả và có thể triển khai ở qui mô pilot Hiệu suất tổng thể của phản ứng là 21% với 10 công đoạn phản ứng [2],[27]

Sau khi hãng Gilead nhượng lại bản quyền phát minh cho hãng Roche, Federspiel cùng các cộng sự ở hãng Roche đã giữ nguyên phương hướng tổng hợp này và nghiên cứu các phương pháp để nâng cấp qui mô sản xuất và nâng cao hiệu suất tổng hợp Kết quả đã hoàn thiện được qui trình tổng hợp epoxit ( một hợp chất quan trọng trong tổng hợp oseltamivir) theo 6 công đoạn đạt hiệu suất tổng thể 63 - 65% Phương pháp này được hãng Roche áp dụng để sản xuất quy mô công nghiệp [2]

Tuy nhiên, sự thiếu hụt nguồn nguyên liệu đã làm cho việc sản xuất thuốc Tamiflu (Oseltamivir) bị ngưng trệ dẫn đến sự khan thuốc trong năm 2005 Các

phương pháp sinh tổng hợp và tổng hợp hóa học nhằm sản xuất thuốc Tamiflu đang được đẩy mạnh nghiên cứu và đã có nhiều thành công

Phương pháp sinh tổng hợp acid shikimic bằng con đường lên men chủng

vi khuẩn Escherichia coli đột biến đã được mô tả bởi John W.Frost và cộng sự

(đại học Michigan) Hiệu suất của quá trình lên men này có thể đạt được từ 20 - 50g acid shikimic trong 1L môi trường Một công trình tương tự được thực hiện

ở Nga nhờ sử dụng chủng đột biến của vi khuẩn Bacillus Hiệu suất từ 3 -

17g/L Một nghiên cứu nữa ở Nhật Bản lên men chủng đột biến vi khuẩn

Citrobacter cho hiệu suất từ 4 - 10g/L [14]

Những nỗ lực nghiên cứu về acid shikimic vẫn tiếp tục nhằm góp phần tạo nguồn nguyên liệu ổn định cho việc sản xuất thuốc phòng chống cúm trong trường hợp xảy ra đại dịch Tuy nhiên cho đến nay các phương pháp chiết xuất acid shikimic từ Đại hồi đều trải qua quá trình tinh chế bằng trao đổi ion phức tạp, tốn kém khi áp dụng cho quy mô sản xuất công nghiệp Vì vậy cần phải có nghiên cứu các phương pháp chiết xuất, tinh chế đơn giản, hiệu quả, và kinh tế hơn

1.2 Tổng quan về Đại hồi và một số phương pháp chiết xuất acid

shikimic từ Đại hồi

1.2.1 Vài nét về cây Đại hồi

Cây Đại hồi còn có tên khác là Đại hồi hương hay bát giác hồi hương

Tên khoa học là Illicium verum Hook.f , họ Hồi ( Illiciacea)

Đặc điểm thực vật: cây Đại hồi là cây gỗ nhỡ, cao 6 - 10m Thân thẳng

to, cành thẳng, nhẵn, lúc non màu lục nhạt sau chuyển sang màu nâu xám Lá mọc so le, phiến lá nguyên, dày, cứng giòn, nhẵn bóng, dài 8 - 12cm, rộng 3 - 4cm, hình mác hoặc trứng thuôn, hơi nhọn đầu, mặt trên xanh bóng hơn mặt dưới Hoa mọc đơn độc ở nách lá, có khi xếp 2 - 3 cái, cuống to và ngắn, 5 lá đài màu trắng có mép màu hồng, 5 - 6 cánh hoa đều nhau màu hồng thẫm Quả kép

gồm 6 - 8 đại, xếp thành hình sao đường kính 2,5 - 3cm, lúc non màu lục, khi già màu nâu sẫm, mỗi đại dài 10 - 15mm, có mũi nhọn ngắn ở đầu Hạt hình trứng, nhẵn bóng

Toàn cây, nhất là quả có mùi thơm và vị nóng Mùa hoa: Tháng 5 - 6; mùa quả: Tháng 7 - 9 hoặc tháng 11 – 12 [5]

Bộ phận dùng: Quả chín phơi khô của cây Hồi (Illicium verum)

Phân bố: Cây Hồi có ở một số tỉnh miền núi phía bắc nước ta, chủ yếu ở

Lạng Sơn [5] Một số nới khác cũng có nhưng không đáng kể như Hà Giang, Tuyên Quang, hoặc ở Quảng Tây, Quảng Đông (Trung Quốc)

Thu hái: Thu hái vào mùa thu Phơi khô (tránh làm gãy cánh) Để nguyên

dùng hoặc cất lấy tinh dầu Lá thu hái quanh năm, dùng tươi

Thành phần hoá học: quả hồi chứa nhiều tinh dầu, nếu cất bằng phương

pháp kéo hơi nước từ quả hồi tươi thì đạt hàm lượng 3 - 3,5% tinh dầu lỏng, không màu hoặc màu vàng nhạt, có mùi thơm đặc biệt Thành phần chủ yếu của tinh dầu hồi là anethol (80 - 85%), ngoài ra con có a-pinen, d-pinen, l-phel- landren, safrol, terpineol, limonen Trong quả hồi còn có các chất như chất nhầy, đường Hạt hồi chỉ chứa dầu béo Lá hồi cũng chứa tinh dầu nhưng độ đông đặc hơi thấp hơn Hạt hồi không mùi, chứa nhiều dầu béo [5]

Công dụng: Đại hồi được sử dụng nhiều trong cả Đông y và Tây y

Trong Đông y, Đại hồi có vị cay, tính ôn, mùi thơm, có tác dụng khử hàn,

ấm kinh, kiện tỳ, khai vị, trừ đờm, tiêu thực, chỉ thống , giải độc, kháng khuẩn Quy vào 4 kinh Can, Thận, Tỳ, Vị Thường dùng chữa nôn mửa, đầy bụng, đau bụng, tiêu chảy, tay chân nhức mỏi, giải độc thức ăn, dị ứng Ngoài ra còn dùng quả hồi ngâm rượu cùng với một số dược liệu khác để xoa bóp chữa tê thấp, nhức mỏi [9]

Tây y cũng đã sử dụng quả hồi làm thuốc trung tiện, kích thích tiêu hóa, lợi sữa Có tác dụng trên hệ thống thần kinh và cơ (giảm đau, giảm co thắt ruột), được dùng trong các bệnh lý đau dạ dày, ruột Tuy nhiên, không nên dùng quá

nhiều sẽ bị ngộ độc với các triệu chứng say, run tay chân, xung huyết não và phổi, có khi co giật như động kinh Tinh dầu hồi có tác dụng kích thích, làm dễ tiêu, chống co giật, ức chế sự lên men ruột, long đờm và lợi tiểu nhẹ, là thành phần các thuốc trị ho, thuốc xoa bóp ngoài da, thuốc trị bệnh nấm da và ghẻ [5] Nguyên nhân ngộ độc do nguồn gốc nguyên liệu hồi không đảm bảo, có thể bị

nhiễm loài hồi Nhật Bản Illicium anisatum và cây hồi núi Illicium griffithii

[5],[23] Hai loài hồi này đều có chứa chất độc và dễ bị nhầm lẫn với Đại hồi

do đặc điểm bên ngoài của quả giống nhau Hồi Nhật Bản chứa anisatin, shikimin và sikimitoxin, là các chất gây ra các thương tổn nghiêm trọng cho thận, đường tiết niệu và các cơ quan tiêu hóa [22],[23] Các hợp chất khác tồn tại trong các loài có độc tính của chi Illicium là safrol và eugenol các chất này

không được tìm thấy trong Đại hồi ( I.verum) và chúng được sử dụng để xác

định việc làm giả Đại hồi [5]

Tinh dầu hồi có tác dụng kích thích, làm dễ tiêu, chống co giật, ức chế sự lên men ruột, long đờm và lợi tiểu nhẹ Nó được sử dụng trong thành phần các thuốc trị ho, thuốc xoa bóp ngoài da, thuốc trị bệnh nấm da và ghẻ [5]

Quả hồi còn được dùng làm hương liệu trong chế biến thức ăn và chế rượu hồi (rượu khai vị), làm thơm kem đánh răng Quả hồi là một thành phần không thể thiếu trong một số gia vị như bột cà ri, bột nêm ngũ vị hương, nước dùng phở

1.2.2 Một số phương pháp chiết xuất, tinh chế acid shikimic từ Đại hồi:

Acid shikimic được chiết xuất lần đầu tiên vào năm 1885 bởi Eykman từ

1 loại hồi Nhật Bản shikimi-no-ki ( tên khoa học là Illicium religiosum Sieb

et Zucc) [6],[29],[32] Sau đó acid shikimic được nghiên cứu phân lập từ nhiều nguồn nguyên liệu khác Từ rất sớm, nhựa trao đổi ion đã được sử dụng

để phân lập acid shikimic, nhưng quy trình phân lập bằng nhựa trao đổi ion còn phức tạp, dung lượng hấp phụ của nhựa thấp nên hiệu suất quy trình thấp

Vì vậy sau này có nhiều nghiên cứu cải tiến quá trình chiết xuất để nâng hiệu suất phân lập acid shikimic như chiết xuất bằng nước nóng [24], chiết Soxhlet

hạn, chiết bằng các dung môi như methanol, ethanol, isopropanol, nước, hoặc ion lỏng

Các nghiên cứu có sử dụng nhựa trao đổi ion

Việc sử dụng nhựa trao đổi ion để phân lập acid shikimic đã được ứng dụng từ những năm 1950, các nhà khoa học sử dụng nhựa trao đổi ion để phân lập acid shikimic trong các nghiên cứu định tính acid shikimic từ các nguồn dược liệu như năm 1953 Hattori sử dụng nhựa Amberlite IRA-410 và dung dịch phản hấp phụ là amoni carbonat 1N để phân lập, định tính acid shikimic từ các loài cây hạt trần [19]; năm 1956 Anet và cộng sự chiết xuất

acid shikimic từ cây Bạch đàn chanh (Eucaliptus citriodora Hook.) và tinh

chế bằng cột cationit Zeocarb 225 để loại base và acid amin, sau đó dùng cột Amberlite IRA-400 để hấp phụ, dung dịch HCl 0,1N để phản hấp phụ acid shikimic [12] Tuy nhiên các nghiên cứu này mới dừng lại ở việc định tính acid shikimic trong các loài dược liệu, chưa có một quy trình phân lập, tinh chế acid shikimic từ dược liệu, chưa cho thấy được hiệu suất quy trình và độ tinh khiết của sản phẩm khi dùng nhựa trao đổi ion để phân lập acid shikimic Năm 1962 Weinstein và cộng sự trong nghiên cứu sự chuyển hóa của thực vật đã tiến hành phân lập acid shikimic (đánh dấu C-14) trong lá cây

Bạch quả (Ginkgo biloba) Tác giả tiến hành chiết lá Bạch quả bằng ethanol

và nước, dịch chiết được cho qua cột cationit Dowex 50-X4 để loại tạp, sau

đó qua cột anionit Dowex 1-X8, và phản hấp phụ bằng dung dịch acid acetic Hiệu suất của quy trình đạt 0,74% so với nguyên liệu ban đầu Trong khi hàm lượng acid shikimic trong lá Bạch quả không dưới 4% [13], chứng tỏ quy trình của Weinstein vừa phức tạp và hiệu suất không cao

Đến năm 1996 Adams và các cộng sự đã tiến hành chiết xuất 900g quả

hồi ( Illicium anisatum) với 4L ethanol 95% bằng phương pháp chiết Soxhlet

trong 24 giờ, sau đó loại tạp bằng dung dịch formaldehyd 37 – 40%, phân lập bằng cột 500g Amberlite IRA-400, phản hấp phụ bằng dung dịch acid acetic 25%, sau đó dịch nước của sản phẩm thô được chuyển lên cột Solka-Floc Sản phẩm acid shikimic được kết tinh trong methanol-toluen, có độ tinh khiết là 98%, hiệu suất quy trình đạt trên 5% [11],[13] Quy trình của Adam đã cho hiệu suất khá cao so với các nghiên cứu trước đó

Năm 2005, Richard Payne và các cộng sự đã cải tiến và đơn giản hóa phương pháp của Adams Payne chiết xuất acid shikimic từ 25g Đại hồi với ethanol 95% bằng phương pháp chiết Soxhlet trong 2 giờ Sau đó loại dầu béo bằng chiết tách với pipet Pasteur Loại tạp chất trong dịch chiết bằng formaldehyd 37 – 40% và cất loại dung môi, acid shikimic được tinh chế qua cột anionit Amberlite IRA – 400 ( khoảng 25g anionit), phản hấp phụ với dung dịch acid acetic 25% Dịch rửa giải được cô cạn rồi hòa vào methanol, sau đó cô cạn dung dịch methanol và kết tinh lại acid shikimic trong methanol – toluent (hoặc ethyl acetat) Hiệu suất quá trình đạt từ 2,4 - 7% [25] Quy trình của Payne tuy có hiệu suất không đều, nhưng hiệu suất cao hơn đáng kể so với phương pháp của Adams

Phương pháp của Payne được nhiều nghiên cứu sau này ứng dụng Năm

2006 Nguyễn Quyết Chiến cũng tiến hành chiết xuất và tinh chế acid shikimic

từ Đại hồi theo phương pháp tương tự của Richard Payne Hiệu suất quá trình đạt 5,4% [1] Nguyễn Đình Luyện chiết acid shikimic từ 50g Đại hồi với nước

mỏng), quy trình tinh chế tương tự như của Payne: sử dụng nhựa trao đổi ion Amberlite IRA – 400, tẩy màu bằng than hoạt Hiệu suất quy trình đạt 6,2% [6] Năm 2010, Bùi Quang Thuật cũng tiến hành chiết xuất và tinh chế tương tự Payne, hiệu suất quy trình đạt 5,7% [15]

Năm 2013 Ronald Zirbs và cộng sự tiến hành chiết xuất acid shikimic từ

tạp, acid shikimic được phân lập bằng cột nhựa anionit Amberlite-400 ( 25g hạt anionit), dung dịch phản hấp phụ là acid acetic 25% và được kết tinh lại bằng methanol, hiệu suất của phương pháp lên tới 10,4% [34] Hiệu suất của quy trình này lớn hơn nhiều so với các nghiên cứu trước đó Quá trình tinh chế của Zirbs đơn giản hơn so với Payne, và không dùng đến dung môi formadehyd Tuy nhiên nghiên cứu của Zirbs sử dụng dung môi chiết xuất là dung môi ion lỏng – một loại dung môi mới, được đánh giá là cho hiệu suất chiết xuất cao, tiết kiệm thời gian, nhưng giá thành cao Quá trình tinh chế của Zirbs vẫn dùng methanol Ưu điểm của phương pháp là có hiệu suất cao Nhưng quy trình phức tạp, nguyên liệu sử dụng đắt tiền như vậy không đảm bảo tính kinh tế và khả năng ứng dụng trên quy mô lớn

Trong các nghiên cứu trên không nhắc đến hàm lượng acid shikimic có trong đại hồi nên chưa đánh giá được hiệu suất quy trình phân lập khi sử dụng nhựa trao đổi ion Nghiên cứu thực hiện với khối lượng Đại hồi nhỏ, nên nếu tiến hành với lượng Đại hồi lớn hơn, hiệu suất quá trình có thể không lên tới 7%

- 10,4%

Một số nghiên cứu phân lập acid shikimic từ các nguồn nguyên liệu khác cũng dùng đến nhựa trao đổi ion để tinh chế acid shikimic Như:

Năm 2008 Sui chiết acid shikimic từ lá thông (Pinus sylvestris) bằng

phương pháp chiết Soxhlet với nước cất, phân lập bằng cột nhựa Amberlite IRA-900 và phản hấp phụ bằng dung dịch acid acetic 2N, dịch rửa giải được

cô cạn, và hòa tan lại trong methanol 95% ở 50 – 60ºC, tẩy màu bằng than hoạt, lọc loại than, cô cạn và kết tinh lại trong dung môi ethanol 95%, quá trình đạt hiệu suất khoảng 85% lượng acid shikimic trong dược liệu, sản phẩm acid shikimic có độ tinh khiết trên 98% [31] Quy trình tinh chế của Sui cũng

đơn giản hơn so với Payne, chỉ sử dụng một loại dung môi ethanol 96% Nhưng hai nghiên cứu tiến hành với hai loại dược liệu khác nhau, vì vậy thành phần của dịch chiết khác nhau, khó để có thể so sánh hiệu quả của hai phương pháp

Cũng năm 2008, Liza và các cộng sự tiến hành acid shikimic từ hạt của

cây Liquidambar styraciflua bằng nước ở 65ºC, sau đó cô thành cao đặc,

thêm isopropanol, đun nóng và lọc nóng lấy dịch, dịch lọc được cô thành xi-ro sau đó được hòa vào nước Dịch nước được đưa lên cột Amberlite IRA-400 và phản hấp phụ bằng dung dịch acid acetic 25%, quy trình cho hiệu suất từ 2,4- 3,7% [18]

Năm 2009 Yang Lei và công sự chiết acid shikimic từ cây Vân sam (Picea

meyeri Rehd Et Wils) và phân lập bằng nhựa D290, phản hấp phụ bằng dung

dịch NaOH 2,5%, quy trình cho hiệu suất 92,53%, acid shikimic có độ tinh khiết 46,74% [35];

Năm 2011 Usaki chiết xuất acid shikimic từ lá Bạch quả (Ginkgo biloba)

bằng dung môi ion lỏng, phân lập bằng nhựa Amberlite IRA-400, phản hấp phụ với dung dịch acid acetic 25%, cho hiệu xuất 87% [33]

Các nghiên cứu trên không mô tả chi tiết quá trình tinh chế sau khi phản hấp phụ, độ tinh khiết của sản phẩm hoặc không tiến hành tinh chế acid shikinmic sau khi phản hấp phụ Tuy nhiên hiệu suất cao, cho thấy tính khả quan khi sử dụng nhựa trao đổi ion trong phân lập acid shikimic từ Đại hồi hay từ các nguồn nguyên liệu khác

Các nghiên cứu không sử dụng nhựa trao đổi ion

Những nghiên cứu phân lập acid shikimic từ Đại hồi trước đây có sử dụng nhựa trao đổi ion từ trước năm 2000 đều có quy trình phức tạp vì vậy có nhiều nghiên cứu cải tiến quy trình tinh chế acid shikimic chỉ dùng các dung môi mà không dùng nhựa trao đổi ion Như:

Năm 2007 Iyer Sankar công bố một phương pháp phân lập acid shikimic

từ Đại hồi, gồm các bước: Chiết hồi lưu nguyên liệu Đại hồi (400 g) với 2 lần

× 2L isopropanol 95% trong 6 giờ Cất thu hồi dung môi dưới áp suất giảm để thu được dịch chiết đậm đặc Dung dịch đậm đặc được pha loãng với 0,9L nước Loại tạp dung dịch nước lần lượt bằng ethyl acetat (1,2L), dung dịch formaldehyd 37% và than hoạt (60 gam) Cô đặc dung dịch nước, thêm 50

mL methanol và cô đến cắn Hòa cắn vào 40 mL methanol, đun hồi lưu 45 phút và để lạnh (0 đến -5ºC) cho acid shikimic kết tinh Hiệu suất 3,5 - 5% [28] Phương pháp của Iyer tuy cho hiệu suất khá cao, nhưng trải qua nhiều bước phức tạp, sử dụng nhiều loại dung môi: isopropanol 95%, formaldehyd 37%, methanol, ethyl acetate Đặc biệt dung môi formaldehyd 37% là dung môi độc hại với môi trường và người nghiên cứu Hiệu suất quy trình chưa thực sự cao, sản phẩm chưa rõ độ tinh khiết Việc sử dụng lượng lớn dung môi, nhiều loại dung môi, quy trình phức tạp gây khó khăn khi áp dụng trên quy mô công nghiệp So sánh với phương pháp của Payne, phương pháp Sankar sử dụng nhiều loại dung môi hơn, quy trình phức tạp, hiệu suất của quy trình không cao

Năm 2010, Bùi Quang Thuật tiến hành chiết xuất đại hồi thu tinh dầu và acid shikimic qua các bước: 50g Đại hồi được chiết hồi lưu với 600mL nước trong 8 giờ thu tinh dầu ở nhiệt độ phòng, dịch chiết nước sau khi lọc bỏ bã, được cô cạn, rồi hòa tan vào hỗn hợp dung môi methanol : nước (8:2) để loại tạp Dung dịch thu được cô đến cắn màu nâu Cắn được hòa tan và kết tinh lại trong hỗn hợp methanol : ethyl acetat (1:1) Hiệu suất của quy trình đạt 5,6% [15] Phương pháp này có ưu điểm là thu được tinh dầu và acid shikimic Tuy nhiên, quy trình phân lập acid shikimic còn phức tạp, sử dụng nhiều hệ dung môi, hiệu suất của phương pháp chưa nổi trội

Năm 2016, Nguyễn Văn Hân công bố phương pháp phân lập acid shikimic từ phế phẩm của quá trình sản xuất tinh dầu Đại hồi Dịch nước cái

sau khi chiết lấy tinh dầu Đại hồi (3,5L tương đương 1kg quả Đại hồi ) được lọc qua vải, cô thành cao mềm và hòa vào 1,6L ethanol 96%, để lắng 2 giở nhiệt độ phòng Lọc loại tạp, dịch lọc được cô thành cao lỏng, sau đó thêm 800mL aceton và gạn lấy dịch trong Dịch trong được cô bớt, để kết tinh thu sản phẩm thô Sản phẩm thô được kết tinh lại bằng 500mL ethanol 96% trong

24 giờ Sản phẩm thu được có độ tinh khiết 99,2% Hiệu suất của quy trình phân lập đạt 78,2% [4] Quy trình cho sản phẩm có độ tinh khiết cao, sử dụng

ít loại dung môi (ethanol 96% và aceton) và đơn giản hơn các quy trình tinh chế acid shikimic từ Đại hồi trước đó Quy trình này xuất phát từ phế phẩm của quá trình chiết xuất tinh dầu Đại hồi nên tận dụng tối đa giá trị của quả hồi

Các phương pháp phân lập acid shikimic chỉ sử dụng các dung môi hữu

cơ cho hiệu suất quy trình khá cao Tuy nhiên, việc sử dụng nhiều loại dung môi, dung môi độc hại, thao tác phức tạp sẽ gây khó khăn khi áp dụng trong sản xuất Ứng dụng nhựa trao đổi ion trong phân lập acid shikimic cho thấy hiệu suất cao, đây đang là hướng nghiên cứu, phát triển sản xuất acid shikimic

1.3 Tổng quan về nhựa trao đổi ion

1.3.1 Phương pháp trao đổi ion

Là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hoá học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn.Trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng thế) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (là nhựa trao đổi) Sự ưu tiên hấp phụ của nhựa trao đổi dành cho các ion trong pha lỏng nhờ đó các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chỗ các ion có trên khung mang của nhựa Quá trình này phụ thuộc vào từng loại nhựa và các loại ion khác nhau [8]

1.3.1.2 Vật liệu trao đổi ion

Vật liệu có tính năng trao đổi ion có thể là loại tự nhiên hay tổng hợp, có nguồn gốc vô cơ hay hữu cơ Chúng được coi là một nguồn tích trữ các ion và

có thể trao đổi được với bên ngoài Chất trao đổi ion ở đây là dạng rắn không tan trong nước và hầu hết trong các dung môi hữu cơ [8], [10]

Trên bề mặt chất rắn tồn tại các nhóm chức hai thành phần điện tích: của nhóm chức cố định và của ion linh động có thể trao đổi được [8]

Cấu trúc của chúng có thể được mô tả [8], [10]

Bảng 1 1 Cấu trúc của chất trao đổi ion

Dạng chất trao đổi Mạng rắn chất Điện tích nhóm chức Ion linh động

Các loại chất trao đổi ion yếu chỉ có thể tích điện âm ở pH cao đối với cationit

và ở vùng pH thấp đối với anionit nếu không nhóm chức của chúng ở trạng thái không phân ly, điện tích tổng của nhóm chức bằng không.Chất trao đổi ion lưỡng tính thì khác, ở vùng pH nhất định chúng thể hiện khả năng trao đổi anion hay cation, chỉ tồn tại trạng thái trung hoà tại điểm đẳng điện[8]

A Loại cationit

a Vô cơ

- Tự nhiên (zeolit, khoáng sét)

- Tổng hợp (zeolit tổng hợp, permulit, silicat tổng hợp)

b Hữu cơ (tự nhiên, than sunfon hóa, tổng hợp: divinyl benzene)

B.Loại anionit

a Vô cơ

- Tự nhiên (dolomite, apatit, hydroxyl apatit)

- Tổng hợp (silicat của kim loại nặng)

b.Hữu cơ

1.3.2 Nhựa trao đổi ion

a Nhựa trao đổi cation (cationit): là những chất có nhóm đặc trưng acid Trong cấu tạo mạng lưới của nhựa có mang điện tích âm (nhóm đặc trưng mang điện tích âm) kèm theo nhóm đặc trưng có một cation linh động có khả năng trao đổi với các cation khác trong dung dịch

Các ion linh độngcủa cationit thường là H, thường được gọi là nhựa trao đổi cationit dạng H Nếu thay H bằng Na, nhựa được gọi là Na-cationit

Các nhóm đặc trưng càng nhiều, khả năng trao đổi càng tăng, đồng thời độ hoà tan trong nước của nhựa cũng tăng Nếu tăng độ nối ngang trong cấu trúc của nhựa ionit thì khả năng trao đổi, độ hoà tan giảm nhưng độ trương nở sẽ tăng [3]

 Cationit acid mạnh: nhóm đặc trưng là –SO3H, -PO3H

Có khả năng phân ly thành ion linh động trong tất cả các môi trường trung tính, kiềm, acid Do đó khả năng trao đổi của chúng không bị ảnh hưởng bởi pH của dung dịch

 Cationit acid yếu: nhóm đặc trưng –COOH, -OH

Phân ly yếu trong môi trường acid, khả năng trao đổi phụ thuộc vào pH của môi trường Trong môi trường kiềm, khả năng phân ly mạnh nên khả năng trao đổi lớn Trong môi trường acid, khả năng phân ly thấp, dẫn đến khả năng trao đổi thấp

b Nhựa trao đổi anion (anionit) [3]

Các nhóm hoạt động mang điện tích dương, tạo cho anionit có tính kiềm, các anion linh động có thể trao đổi với các anion khác trong dung dịch Nhóm đặc trưng: kiềm amin bậc 1, 2, 3, 4 Các anion linh động thường là -OH, -Cl…

Nhóm -OH đính vào nhờ lực tĩnh điện Anionit kiềm mạnh có mức độ phân ly ion tốt trong tất cả các môi trường nên khả năng trao đổi của chúng không phụ thuộc pH của môi trường

và bậc 3 (N≡)

 Màu sắc: vàng, nâu, đen, thẫm Trong quá trình sử dụng nhựa, màu sắc của nhựa mất hiệu lực thường thẫm hơn một chút

 Hình thái: nhựa trao đổi ion thường ở dạng tròn

 Độ nở: khi đem nhựa dạng keo ngâm vào trong nước, thể tích của nó biến đổi lớn

 Độ ẩm: là % khối lượng nước trên khối lượng nhựa ở dạng khô (độ ẩm khô), hoặc ở dạng ướt (độ ẩm ướt)

 Tính chịu nhiệt: các loại nhựa bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ đều có giới hạn nhất định, vượt quá giới hạn này nhựa bị nhiệt phân giải không sử dụng

 Tính dẫn điện: chất trao đổi ion ẩm dẫn điện tốt, tính dẫn điện của nó phụ thuộc vào dạng ion

 Kích thước hạt: nhựa có dạng hình cầu d= 0,04-1,00mm

 Tính chịu mài mòn: trong vận hành các chất trao đổi ion cọ sát lẫn nhau và

nở ngót, có khả năng dể vỡ vụn Đây là một chỉ tiêu ảnh hưởng đến tính năng thực dụng của nó

 Tính chịu oxy hoá: chất oxy hoá mạnh có thể làm cho nhựa bị lão hoá (trơ)

 Dung lượng trao đổi

Dung lượng trao đổi là biểu thị mức độ nhiều ít của lượng ion có thể trao đổi trong một loại chất trao đổi ion

 Tính năng thuận nghịch của phản ứng trao đổi ion

Phản ứng trao đổi ion là phản ứng thuận nghịch.Dựa trên tính chất này người ta dùng dung dịch chất hoàn nguyên, thông qua chất trao đổi ion đã mất hiệu lực để khôi phục lại năng lực trao đổi của nó

 Tính acid, kiềm: tính năng của chất Cationit RH và chất Anionit ROH giống chất điện giải acid, kiềm

 Tính trung hoà và thuỷ phân: tính năng trung hoà và thuỷ phân của chất trao đổi ion giống chất điện giải thông thường

 Tính chọn lọc của chất trao đổi ion

Ở hàm lượng ion thấp trong dung dịch, nhiệt độ bình thường, khả năng trao đổi tăng khi hoá trị của ion trao đổi tăng

+ Các ion có vỏ hydrat nhỏ tốt hơn các ion có vỏ hydrat lớn, do vỏ hydrat lớn

có khả năng che chắn lực tương tác tĩnh điện tốt Khả năng trao đổi dãy kim

lớn của lớp vỏ hydrat giảm

Các tương tác đặc thù giữa ion và nhóm chức của nhựa tạo điều kiện tăng cường tính chọn lọc như tạo cặp ion, liên kết hoá học, cộng hợp, tạo chất kết tủa

 Đối với phần lớn cationit tính chọn lọc tuân theo dãy:

+ Ba2+> Pb2+> Sr2+> Ca2+> Ni2+> Cd2+> Cu2+> Co2+> Zn2+>

Mg2+>UO22+> Ti2+> Ag+> Cs+> Rb+> NH4+> Na+> Li+

 Đối với anionit tính chọn lọc có thể sắp xếp theo:

Citrat > SO42->Oxalat > I-> NO3-> CrO42-> Br->SCN-> Cl-> Format > Acetat > F-

Trong thực tiễn tính chọn lọc đôi khi sắp xếp một cách định tính đối với từngloại chất trao đổi ion

 Đối với nhựa cationit gốc acid sufonic:

 Đối với cationit yếu gốc acid carboxylic:H+> Ca2+>Mg2+> K+> Na+

- Đối với anionit yếu gốc polyamin:

+ OH-> SO4-> CrO4-> NO3-> PO43->MoO42-> HCO3-> Br-> Cl-> F

- Đối với nhựa vòng càng gốc acid imidodiacetic:

+ Cu2+ > Pb2+> Fe3+> Al3+> Cr3+> Ni2+ > Zn2+> Ag+>

Co2+>Cd2+>Fe2+>Mn2+>Ba2+>Ca2+>>Na+

+ Ngoài các đại lượng đặc trưng đã nêu người ta còn sử dụng một số đại lượng khác như hằng số cân bằng, hệ số phân bố để đặc trưng cho khả năng trao đổi và tính chọn lọc trao đổi của một hệ

Nhóm sulfo: ion hoá tốt trong môi trường acid

-COOH, -OH: trong môi trường acid ion hoá kém hơn

Cationit acid mạnh: mức độ phân ly không phụ thuộc vào pH

Cationit acid yếu: thay đổi dung tích trao đổi theo pH

Một đặc điểm khác: khi cationit trao đổi đạt đến bão hoà với cation này, thì có thể trao đổi với cation khác

Sau khi bão hoà, cationit được tái sinh bằng acid

 Quá trình trao đổi của anionit

Anionit kiềm yếu (nhóm amin bậc 1,2,3): ion hoá khi pH<7

Anionit chứa amin bậc 4: ion hoá trong môi trường acid yếu, trung tính, kiềm Anionit kiềm mạnh có độ phân ly cao

 Quá trình tái sinh:

RCl + NaOH  ROH + NaCl

Quá trình trao đổi ion là một quá trình thuận nghịch, phản ứng hoá học dị thể giữa các nhóm hoạt động của nhựa và các ion trong dung dịch Quá trình trao đổi tuân theo định luật tác dụng khối lượng

- Làm mềm nước: Trong ứng dụng này, nhựa trao đổi ion được sử dụng để

- Lọc nước: Trong ứng dụng này nhựa ion dùng để loại bỏ chất độc hại (ví dụ như đồng) và kim loại nặng (như chì hoặc cadmium) thay thế chúng bằng

- Sản xuất nước có độ tinh khiết cao: Nước này được sản xuất bằng cách sử dụng các quy trình trao đổi ion hoặc sự kết hợp của màng tế bào và phương

sản xuất

- Xúc tác: Trong hoá học nhựa trao đổi ion có thể làm chất xúc tác cho phản ứng hữu cơ

- Sản xuất đường: Nhựa trao đổi ion được sử dụng trong sản xuất đường từ nhiều nguồn khác nhau Chúng giúp làm sạch siro đường

- Trong dược phẩm: Nhựa trao đổi ion được sử dụng trong sản xuất dược phẩm không chỉ làm chất xúc tác phản ứng nhất định mà cũng dùng để phân lập các hợp chất tự nhiên

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên vật liêu, hóa chất, dung môi, thiết bị

2.1.1 Nguyên vật liệu, hóa chất, dung môi

- Quả Đại hồi được thu hoạch tháng 7, đảm bảo sạch, không bị nấm mốc,

độ ẩm ≤ 10%

Hình 2.1 Nguyên liệu quả Đại hồi

 Nhựa trao đổi anion :

Bảng 2 1 Các loại anionit sử dụng

Tên

Khoảng nhiệt độ hoạt động

Dung lượng trao đổi

Nhóm đặc trưng

Kích thước hạt

Nguồn gốc

Amberlite

Haas Trilite

- Hóa chất :

Bảng 2 2 Hóa chất

TT Tên hóa chất Tiêu chuẩn, nguồn gốc

 Cân kỹ thuật điện tử Sartorius BP 20015 (Đức)

 Cân phân tích Mettler Toledo AB204-S ( Thụy Sỹ)

 Máy cất quay chân không Büchi B-490 và R-220 (Thụy Sỹ)

 Máy khuấy từ Heidolph MR3001 (Đức)

 Máy sắc ký lỏng hiệu năng cao Shimadzu (Nhật Bản), bao gồm: bộ phân loại khí DGU – 14A, bơm cao áp LC – 10ADVP, buồng chứa cột CTO – 10AVP, bộ điều khiển SCL – 10AVP, detector dãy diod quang SPD – M10AVP và phần mềm Class vp 6.14

Dụng cụ

 Bình cầu 250mL

 Cốc thủy tinh loại 100mL, 250mL, 500mL, 1000mL

 Bình định mức 10mL, 25mL, 50mL, 100mL, 250mL

 Pipet 1mL, 2mL, 5mL, 10mL

 Ống đong 10mL, 50mL, 300mL, 500mL

 Màng lọc cellulose acetat 0,45μm (Satorius)

2.2 Nội dung nghiên cứu

2.2.1 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng hấp phụ acid

shikimic của anionit

2.2.1.1 Thời gian hấp phụ

 Nội dung này đánh tốc độ hấp phụ acid shikimic chuẩn được pha trong nước cất của mỗi loại anionit Từ đó rút ra thời gian tối thiểu cần để mỗi loại nhựa hấp phụ được một lượng tối đa acid shikimic Mặt khác cũng

so sánh được dung lượng hấp phụ acid shikimic của các loại anionit được

sử dụng ở cùng một điều kiện

 Khảo sát tại các thời điểm 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút, 90 phút sau khi ngâm mỗi loại anionit với dung dịch acid shikimic

2.2.1.2 Nhiệt độ

 Nội dung này đánh giá dung lượng hấp phụ acid shikimic của mỗi loại nhựa

ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau: 25ºC, 35ºC, 45ºC

 Bước đầu nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng hấp phụ acid shikimic của các loại nhựa trao đổi ion

2.2.2 Lựa chọn dung dịch phản hấp phụ acid shikimic từ anionit

 Nội dung này bước đầu khảo sát các dung dịch có khả năng phản hấp phụ acid shikimic ra khỏi nhựa trao đổi ion

 Khảo sát và rút ra nồng độ dung dịch thích hợp để sử dụng làm dung dịch phản hấp phụ acid shikimic

2.2.3 Khảo sát khả năng tái sử dụng anionit

shikimic từ dung dịch tinh khiết qua số lần lặp lại quy trình hấp phụ - phản hấp phụ - hoàn nguyên anionit

2.2.4 Ứng dụng anionit để phân lập acid shikimic từ dịch chiết dược liệu

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp định lượng acid shikimic

Xác định hàm lượng acid shikimic trong dược liệu, trong dịch chiết và sản phẩm bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)

Cân chính xác 25mg acid shikimic chuẩn vào bình định mức 50mL, thêm nước cất, lắc hòa tan hoàn toàn Thêm nước cất vừa đủ đến vạch Hút chính xác 5mL, cho vào bình định mức 25mL, thêm nước cất đến vạch, lắc đều Lọc qua màng 0,45µm dung dịch chuẩn có nồng độ 100µg/mL

+ Dung dịch thử:

Mẫu thử là dược liệu:

Cân 10g bột Đại hồi gói trong giấy lọc, cho vào bình nón 100 mL thêm 50mL nước cất ngâm trưởng nở 2 giờ Chiết 3 lần, mỗi lần siêu âm 1 giờ với 50mL nước cất Lọc, rửa bỏ bã dược liệu, gộp dịch chiết 3 lần

Chuyển dịch chiết nước thu được vào bình định mức 250mL, thêm nước đến vạch, lắc đều

Hút 1mL dịch chiết nước vào bình định mức 25mL, thêm nước đến vạch, lắc đều, lọc qua màng lọc 0,45 µm, và tiến hành định lượng bằng sắc ký lỏng Mẫu thử là dịch chiết: Pha loãng dịch chiết đến nồng độ acid shikimic trong khoảng 50 – 150µg/mL, lọc qua màng 0,45µm

Công thức tính

Hàm lượng acid shikimic trong Đại hồi:

  1 100%

.S f V m

.S f a.V m X%

C C C T

T T T

Trong đó:

X%: Hàm lượng acid shikimic trong Đại hồi

a: Hàm lượng acid shikimic trong mẫu chuẩn

2.3.2 Phương pháp xác định dung lượng hấp phụ acid shikimic của

anionit

 Nguyên tắc: Dựa vào quá trình trao đổi ion: Sự ưu tiên hấp phụ của nhựa

dễ dàng thế chỗ các ion có trên khung mang của nhựa trao đổi Quá trình này phụ thuộc vào từng loại nhựa trao đổi và các loại ion khác nhau

Tiến hành hút lấy mẫu dung dịch acid shikimic trong dịch đem ngâm nhựa, tiến hành pha loãng, lọc và định lượng bằng HPLC để xác định lượng acid shikimic còn lại trong dung dịch Từ lượng acid shikimic ban đầu đem ngâm trừ

đi lượng acid shikimic còn lại sẽ tính được lượng acid shikimic bị mỗi loại anionit hấp phụ tại các thời điểm thời gian khác nhau

+ Xác định dung lượng hấp phụ acid shikimic của anionit tại các thời điểm khác nhau: Lấy mẫu tại các thời điểm 10, 20, 30, 40, 50, 60, 90 phút

+ Xác định dung dượng hấp phụ acid shikimic của anionit tại các nhiệt độ khác nhau

Nguyên tắc: Dựa vào nguyên tắc trao đổi ion và sự ảnh hưởng của nhiệt độ

tới quá trình này

Ngâm mỗi loại nhựa anion vào dung dịch acid shikimic trong một khoảng thời gian, tiến hành ở ba nhiệt độ khác nhau: 25ºC, 35ºC, 45ºC

 Công thức tính

Khối lượng acid shikimic được 1 gam nhựa anion hấp phụ:

1 C

C C

T T T

S f V

S f V a m m

Trong đó:

X: Khối lượng acid shikimic trong dịch ngâm

mC: Khối lượng acid shikimic chuẩn

m: Khối lượng của acid shikimic trong dịch đem ngâm anionit

a: Hàm lượng acid shikimic trong mẫu chuẩn

2.3.3 Phương pháp xác định mức độ phản hấp phụ acid shikimic của

anionit

 Nguyên tắc: Khi các anionit đã hấp phụ bão hòa acid shikimic, sử dụng

dung dịch phản hấp phụ như dung dịch NaCl, dung dịch HCl, dung dịch

nhựa

với tốc độ chậm, sau đó rửa bằng nước Cho dung dịch phản hấp phụ chảy qua nhựa đã hấp phụ Thu dịch phản hấp phụ, định lượng acid shikimic bằng HPLC để xác định lượng acid shikimic được phản hấp phụ từ nhựa

 Công thức tính:

Khối lượng acid shikimic được phản hấp phụ bởi 1 gam nhựa:

Trong đó:

X: Khối lượng acid shikimic được phản hấp phụ bởi 1 gam anionit

1 C

C C

T T T C

m : S

f V

S f V a m

X 

SC: Diện tích peak mẫu chuẩn

a: hàm lượng acid shikimic trong mẫu chuẩn

2.3.4 Phương pháp phân lập acid shikimic trong dịch chiết dược liệu

bằng anionit

 Xác định hàm lượng của acid shikimic trong dược liệu (phương pháp 2.3.1)

 Xử lý dịch chiết thu được

 Lựa chọn loại anionit tốt nhất để xác định dung lượng hấp phụ acid shikimic của 1 gam anionit này trong dịch chiết dược liệu (phương pháp 2.3.2), và xác định tỷ lệ dược liệu/ anionit trên mẻ lớn

 Lựa chọn loại tác nhân và nồng độ thích hợp làm dung dịch phản hấp phụ xác định khả năng phản hấp phụ acid shikimic của anionit trên (phương pháp 2.3.3)

 Phân lập thu acid shikimic thô từ dịch phản hấp phụ

 Tiến hành tái sử dụng anionit khi hấp phụ acid shikimic trong dịch chiết Đại hồi

 Tiến hành thực nghiệm trên mẻ lớn hơn dựa vào các thông số đã xác định được trước đó: loại anionit, dung lượng hấp phụ acid shikimic trên anionit đã lựa chọn, dung dịch phản hấp phụ