Tổng hợp nano curcumin từ củ nghệ tươi

Ƣ N – N KHO Ồ ÁN Ố N ỆP ề tài: ỔN ỢP N NO MN Ừ ỦN Ệ ƢƠ rình độ đào tạo : ại học ệ đào tạo : Chính quy Ngành : ông nghệ kỹ thuật hóa học Chuyên ngành : Khóa học : 2012 – 2016 GVHD : hS Lê hị nh Phƣơng SVTH : Lê hị Lớp : DH12HD MSSV :12030031 óa dầu òa ăm 2016 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án hoàn thành dựa kết nghiên cứu Em kết nghiên cứu chưa dung cho đồ án cấp khác, ý tham khảo kết trích dẫn từ công trình nêu rõ đồ án Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2016 Sinh viên thực Lê Thị Hòa Trang i LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến Th.S Lê Thị Anh Phương, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án Em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể giảng viên Khoa Hoá học Công nghệ Thực phẩm trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu tạo điều kiện, hỗ trợ giúp đỡ em thực hoàn thiện đồ án Xin ghi nhận đóng góp giúp đỡ nhiệt tình bạn sinh viên lớp DH12HD dành cho em trình thực đồ án Vũng Tàu, ngày tháng Trang ii năm 2016 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU CHƢƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu nghệ 1.1.1 Nguồn gốc - phân bố 1.1.2 Đặc điểm 1.1.3 Phân loại 1.1.4 Sinh trưởng 1.1.5 Thành phần hóa học 1.2 Giới thiệu curcumin 1.2.1 Cấu trúc hóa học đặc tính hóa lý curcumin 1.2.2 Tính chất vật lý 1.2.3 Tính chất hóa học 1.3 Ứng dụng curcumin 10 1.3.1 Hoạt tính chống oxy hóa 10 1.3.2 Hoạt tính kháng viêm, kháng virus, vi khuẩn kí sinh trùng 11 1.3.3 Hoạt tính chống đông máu 11 1.3.4 Ngăn cản điều trị ung thư 12 Trang iii 1.3.5 Trong công nghiệp thực phẩm 12 1.3.6 Trong công nghiệp mỹ phẩm dược phẩm 12 1.4 Giới thiệu nano curcumin 13 1.4.1 Công nghệ nano 13 1.4.2 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano 13 1.4.3 Nano curcumin 16 1.4.4 Đặc điểm nano curcumin 17 1.5 Tình hình nghiên cứu curcumin 18 1.5.1 Tình hình nghiên cứu giới 18 1.5.2 Tình hình nghiên cứu nước 20 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 22 2.1 Phƣơng pháp tách biệt tinh chế curcumin 22 2.1.1 Phương pháp chiết 22 2.1.2 Phương pháp kết tinh lại 28 2.2 Tạo hệ nhũ tƣơng curcumin – nƣớc 30 2.2.1 Khái niệm nhũ tương 30 2.2.2 Phân loại 30 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 32 3.1.1 Nguyên liệu 32 3.1.2 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 32 3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 33 3.2.1 Phương pháp xử lý nguyên liệu 33 Trang iv 3.2.2 Quy trình thực 34 3.2.3 Chiết curcumin 35 3.2.4 Kết tinh lại curcumin 36 3.2.5 Nhũ hóa – hình thành curcumin 36 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 4.1 Điều chế bột nghệ 38 4.2 Chiết cô quay chân không curcumin 39 4.2.1 Chiết curcumin 39 4.2.2 Kết tinh lại curcumin 41 4.3 Kiểm tra curcumin tinh 42 4.3.1 Tính chất hóa lý curcumin 42 4.3.2 Phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) 43 4.3.3 Phổ HPLC-MS curcumin 44 4.4 Tạo nhũ – hình thành nano curcumin 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 Kết luận 47 Kiến nghị 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 Trang v DANH MỤC HÌNH Hình 1 Củ nghệ, thân, hoa, nghệ bột nghệ Hình 2.Hình ảnh số loài nghệ Hình 3.Ba thành phần chủ yếu curcuminoid Hình 4.Công thức hóa học chung curcuminoid Hình 5.Công thức hóa học Demetoxycurcumin Hình Công thức hóa học Bisdemetoxycurcumin Hình Công thức đồng phân cis – transcurcumin Hình Công thức đồng phân enol Hình Công thức đồng phân ceton Hình 10 Cấu trúc không gian curcumin dạng enol ceton Hình 11.Các trạng thái curcumin thay đổi theo pH Hình 12 Phản ứng cộng hydro curcumin Hình1 13.Sơ đồ hai hướng phản ứng curcumin gốc tự do[10] Hình 14 Quá trình hình thành di khối u tác động curcumin 12 Hình 15 Sản phẩm Curcumargold ảnh chụp SEM nanocurcumin 21 Hình Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn dung môi chiết 24 Hình 2 Ảnh hưởng dung môi đến hiệu suất chiết 25 Hình Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn tỉ lệ dung môi/nguyên liệu 26 Hình Ảnh hưởng tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến hiệu suất chiết 27 Hình Nhũ tương nước dầu nhũ tương dầu nước 31 Hình Các bước trung gian chuyển củ nghệ tươi thành bột nghệ 33 Hình Sơ đồ xác định hàm lượng curcumin từ bột nghệ 34 Hình 3 Bộ chiết Soklet 35 Hình Curcumin hòa tan với methanol – nước cất - methanol 36 Hình 4.1 Màu dịch chiết gói giấy lọc sau chiết 39 Hình 4.2 Thiết bị cô quay áp suất thấp chuẩn tự chế 40 Trang vi Hình 4.3 Curcumin kết tinh tủ đông 5h 41 Hình 4 Phổ UV-Vis curcumin chuẩn (a) mẫu (b) 43 Hình Phổ MS curcumin 44 Hình Hình chụp SEM hệ nhũ có nồng độ nhũ 2% 45 Hình Hệ nhũ có nồng độ chất nhũ hóa 4% 45 Hình Hình chụp SEM mẫu curcumin có nồng độ nhũ 4% 46 Trang vii DANH MỤC BẢNG Bảng So sánh bột nghệ thương phẩm bột nghệ tự điều chế 38 Bảng 4.2 Khối lượng curcumin thô thu sau cô quay chân không 41 Bảng 4.3 Khối lượng cur tinh thu sau ba lần kết tinh lặp lại lần 42 Trang viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BDMC : bisdemethoxycurcumin Cur : curcumin DMC : demethoxycurcumin HETE : hydroxyeicosatetraenoid acid HPLC : sắc kí hiệu cao LT : leukotriene Oleoresin : nhựa dầu PG : prostaglandin TLC : sắc ký mỏng TX : thromboxane UV-Vis : phổ tử ngoại - khả kiến Trang ix 0.2g cur tinh vào 0.5ml Span 80, sau nhỏ giọt (3 giọt/phút) vào cốc máy khuấy từ gia nhiệt Sau cho hết cur vào, tiếp tục gia nhiệt 500C khuấy từ vòng 2h để nhũ hóa hoàn toàn Ta thu dung dịch cur, đem chụp mẫu kiểm tra kích thước tinh thể cur Nồng độ nhũ hóa 4%: Làm tương tự với 3ml Polysorbate 80 1ml Span 80; 96ml nước cất Sở dĩ khảo sát 2% 4% nồng độ sử dụng cho phép chất nhũ hóa từ 2÷10% Ta bắt đầu khảo sát nồng độ thấp Khi cho chất nhũ hóa với nồng độ 2%, hệ nhũ sau tạo thành để nhiệt độ phòng có tượng tách lớp, tiếp tục thử nồng độ 3% tượng tách lớp lâu hơn, đến 4% không tượng Vì đồ án chọn hệ nhũ 2% 4% để khảo sát, so sánh kích thước hạt phân bố hạt không hệ nhũ cách đưa chụp SEM khu Công nghệ cao – Quận – Thành phố Hồ Chí Minh Trang 37 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Điều chế bột nghệ Quá trình điều chế bột nghệ:  Khối lượng: 1kg nghệ tươi gọt vỏ, rửa sạch, để nước, cắt lát mỏng khoảng ÷ 2cm  Thời gian sấy nhiệt độ: sấy 5h 800C  Khối lượng sau sấy: 0.4kg nghệ khô  Màu sắc bột sau xay nhuyễn máy say sinh tố: vàng cam Bảng 4.1 So sánh bột nghệ thương phẩm bột nghệ tự điều chế Tiêu chí Bột nghệ thương phẩm Bột nghệ tự điều chế Bột nghệ ẩm, có màu vàng Bột khô, có hương thơm Màu sắc & độ ẩm đến vàng cam, có hương thơm nghệ màu sắc tự nhiên nghệ Phải dùng rây để sàn Kích thước Bột mịn, kích thước đồng mịn, đồng kích thước Thành phần Nguồn gốc Giá thành Gồm bột nghệ phụ gia (chất màu, chất bảo quản…) 100% bột nghệ Không thể xác định xác Nghệ trồng Lâm Đồng, Việt Nam Tương đối hợp lý sản Tương đối cao mua xuất với quy mô công nghiệp số lượng ít, với gía lẻ; với quy trình đại, thu mua phương pháp chế biến ngyên liệu đầu vào giá thấp Trang 38 thủ công Theo bảng so sánh cho thấy sử dung bột nghệ thương phẩm để dùng cho đồ án giá thành hợp lý, để thành phẩm tinh khiết (không có chất phụ gia) có nguồn gốc rõ ràng nên khóa luận tốt nghiệp này, bột nghệ sử dụng tự điều chế phòng thí nghiệm Khoa Hóa học Công nghệ Thực phẩm 4.2 Chiết kết tinh curcumin 4.2.1 Chiết curcumin * Quá trình chiết curcumin (cur): Điều kiện cho mẫu chiết:  Lượng mẫu: 5g  Dung môi sử dụng: 350ml  Thời gian chiết: 8h  Số lần chiết: lần (khoảng 60 phút/ lần)  Nhiệt độ: 800C Hình 4.1 Màu dịch chiết gói giấy lọc sau chiết Trang 39 Thực 20 mẫu ứng với 100g bột nghệ để khảo sát Sau chiết ta thu dung dịch chiết có màu nâu đỏ, dịch chiết lần cuối (lần 9) màu, bột nghệ gói giấy lọc bị màu Dịch chiết sau đưa cô quay chân không để đuổi dung môi cồn khỏi dung dịch ta thu cur thô Ở thiết bị cô quay chân không phòng thí nghiệm không sử dụng nên phải sử dụng thiết bị tự chế Do đó, cur thô thu sau cô quay dạng lỏng (còn lại khoảng 20ml), đem làm khô quạt Tuy nhiên cur thô thu có độ ẩm cao, nên không tính hiệu suất chiết Hình 4.2 Thiết bị cô quay áp suất thấp chuẩn tự chế Trang 40 Bảng 4.2 Khối lượng curcumin thô thu sau cô quay chân không 100g nghệ nguyên liệu Bình cầu (g) Bình cầu + cur thô (g) Cur thô (g) Lần 166.778 177.021 10.243 Lần 170.889 182.952 12.063 Trên lý thuyết, với 100g bột nghệ nguyên liệu ta thu 5g curcuminoid thô, nhiên sử dụng thiết bị cô quay tự chế, mẫu cur thô thu độ ẩm cao nên khối lượng lớn 10g Cur thô đem kết tinh lại để thu cur tinh 4.2.2 Kết tinh lại curcumin  Hệ dung môi: methanol:nước  Nhiệt độ: 600C  Thời gian làm lạnh tủ đông: 5h Hình 4.3 Curcumin kết tinh tủ đông 5h Trang 41 Đem lọc lấy tinh thể Cur sau làm khô bình hút ẩm ta thu Cur tinh Lặp lại lần để có Cur tinh khiết Bảng 4.3 Khối lượng curcumin tinh thu sau ba lần kết tinh STT Lần kết tinh Lượng dung môi (ml) Khối lượng sau kết tinh (g) CH3OH H2O 60 10 3.213 42 2.642 35 2.234 60 10 3.315 40 2.580 35 2.202 Theo bảng 4.3, sau tinh chế ba lần phương pháp kết tinh lại hệ methanol : nước, ta thu khoảng 2.2g sản phẩm curcumin tinh dạng tinh thể màu vàng cam Trên lý thuyết với 100g bột nghệ ta thu khoảng 5g curcuminoid Vậy hiệu suất thu hồi cur toàn trình tách chiết tinh chế là: H% = 100% = 44% Nguyên nhân dẫn đến hiệu suất thu hồi thấp cur bị mát trình sử dụng cô quay chân không tự chế cộng them lượng tinh thể cur bị dính vào giấy lọc, dụng cụ thí nghiệm… trình lọc rửa 4.3 Kiểm tra curcumin tinh 4.3.1 Tính chất hóa lý curcumin  Nhiệt độ nóng chảy: 1800C  Tan ethanol, methanol, không tan nước  Trong môi trường kiềm (NaOH): có màu đỏ tím Trang 42  Trong môi trường axit (HCl): có màu đỏ tươi Các tính chất mẫu cur điều chế phù hợp với tính chất cur nêu phần tính chất hóa lý 4.3.2 Phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia phụ gia thực phẩm - phẩm màu (QCVN – 10 : 2010/BYT) tiến hành định lượng cur sau: Cân 0,08g cur tinh vừa thu chuyển vào bình định mức 200ml hoà tan ethanol, định mức đến vạch ethanol Dùng pipet hút 1ml cho vào bình định mức 100ml (pha loãng 100 lần) Xác định độ hấp thụ quang từ 350 ÷ 500nm, cuvet đo dày 1cm Với số liệu thu ta xây dựng phổ UV-Vis mẫu cur tinh (a) (b) Hình 4 Phổ UV-Vis curcumin chuẩn (a) mẫu (b) Hình (b) cho ta thấy mẫu cur cóλmax= 425nm gần với mẫu cur chuẩn hình (a) có λmax= 424.6nm, điều cho thấy có mặt cur mẫu Mặt khác, theo số liệu đo được, ứng với λmax= 425nm ta có độ hấp thụ quang A = 0.511.Tổng hàm lượng chất màu mẫu thử theo công thức: = = 0.079 (g) Trang 43 Trong đó: ˗ A: Độ hấp thụ dung dịch mẫu thử ˗ W: Khối lượng mẫu thử (mg) ˗ 1607: Độ hấp thụ riêng cur chuẩn ethanol 425 nm ˗ 100: Hệ số pha loãng dung dịch ˗ 200: Tổng thể tích dung dịch thử Từ kết cho thấy 0.08g mẫu có 0.079g chất màu, chiếm 98.75% khối lượng mẫu, suy hàm lượng cur mẫu cao 4.3.3 Phổ HPLC-MS curcumin Hình Phổ MS curcumin Hình 4.7cho ta thấy phổ MS [M+H]+ = 369 cho thấy khối lượng phân tử 368 phù hợp với công thức C21H20O16của curcumin 4.4 Tạo nhũ – hình thành nano curcumin  Hệ nhũ có nồng độ chất nhũ hóa 2% : Trang 44 Hình Hình chụp SEM hệ nhũ có nồng độ nhũ 2% Kết chụp SEM với hệ nhũ 2% cho thấy hạt bị bết dính tạo thành hạt có kích thước lớn Vì không xác định kích thước hạt, không đưa hạt kích thước nano  Hệ nhũ có nồng độ chất nhũ hóa 4% : Hình 4.7 Hệ nhũ có nồng độ chất nhũ hóa 4% Trang 45 Hình 4.8 Hình chụp SEM mẫu curcumin có nồng độ nhũ 4% Hình SEM cho ta thấy hạt tạo thành phân bố đồng đều, hạt tạo thành có kích cỡ khoảng từ 200 ÷400nm Vậy với hệ nhũ có nồng độ chất nhũ hóa 4% ta đưa hạt kích thước nano với điều kiện tạo hạt sau:  Khối lượng cur: 0.2g  Tỷ lệ chất nhũ hóa: 75% Polysorbate 80 25% Span 80  Nhiệt độ: 650C  Thời gian: 2h Trang 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau ba tháng thực hiện, đồ án hoàn thành chưa hoàn thành mục tiêu đề sau:  Với dung môi cồn tuyệt đối, tỉ lệ dung môi/nguyên liệu 40/1 (v/w), thời gian chiết 9h (tương ứng 1h/lần) 800C, em tách chiết thành công curcumin từ củ nghệ tươi  Tinh chế thành công curcumin hệ dung môi methanol:nước curcumin tinh chế kiểm tra theo tính chất hóa lý, phổ UV-Vis, phổ HPLC trùng khớp với curcumin chuẩn Chế tạo hạt nano curcumin với kích thước khoảng 200÷ 400nm phương pháp tạo nhũ với chất tạo nhũ Polysorbate 80 Span 80  Kích thước sản phẩm kiểm tra chụp SEM khu Công nghệ cao Tp Hồ Chí Minh  Chưa khảo sát hết tất yếu tố chiết, tinh chế phương pháp tạo hạt nano curcumin Kiến nghị Trong thời gian thực đồ án, kiến thức hạn chế, trang thiết bị hạn chế phải dùng cho công tác đào tạo đồ án diễn song song nên đồ án chưa thể khảo sát hết tất yếu tố ảnh hưởng đến trình chiết, kết tinh trình tạo hạt nghiên cứu chuyên sâu Mẫu hoàn thành phải đem phân tích công ty bên ngoài, nên nhiều thời gian, ảnh hưởng đến đồ tiến độ đồ án Vì vậy, đồ án khảo sát yếu tố nồng độ chất tạo nhũ Em xin đưa số kiến nghị sau:  Khảo sát yếu tố chiết dung môi chiết đạt hiệu suất cao hơn, tỷ lệ dung môi – nguyên liệu Trang 47  Tìm kiếm, nghiên cứu khảo sát phương pháp, dung môi tối ưu để tinh chế curcumin thô hiệu  Trong trình nhũ hóa tạo hạt naono curcumin, nên thêm polime béo vào để tăng khả hòa tan chất polime, nhựa lại mẫu curcumin, nhằm tạo hạt với kích thước nhỏ  Tiếp tục nghiên cứu phương pháp tạo hạt khác để tìm phương pháp tối ưu  Nghiên cứu, khảo sát yếu tố khác ảnh hưởng đến trình nhũ hóa tạo curcumin như: nhiệt độ, chất nhũ hóa, tỷ lệ chất nhũ, tỷ lệ nước – dầu,  Từ hạt nano curcumin thu nên tiếp tục tiến hành chế tạo loại chế phẩm mang tính thương mại Trang 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đào Hùng Cường, Nguyễn Đình Anh (2008) Nghiên cứu ứng dụng curcumin phối màu thực phẩm, Tạp chí Hóa học Ứng dụng, số (79)/2008, ISSn 9866-7004, trang 40 ÷ 41 [2] Huỳnh Thị Ngọc Hạnh (2010) Nghiên cứu chiết xuất curcuminoid từ củ nghệ vàng việt nam (curcuma longa l.) Ứng dụng làm chất màu thực phẩm,Đồ án tốt nghiệp, Trường Đại học Nha Trang, Khánh Hòa [3] Trần Quang Huy (2012) Nghiên cứu trích ly hợp chất curcumin củ nghệ vàng huyện Krông Bông,tỉnh Đăk Lăk,Báo cáo khoa học, Trường Đại học đà nẵng, Đà Nẵng Tiếng Anh [4] Bharat B Aggarwal, Anushree Kumar, Manoj S Aggarwal, and Shishir Shishodia,chapter 23 (2005) Curcumin Derived from Turmeric (Curcuma longa): a Spice for All Seasons, Phytopharmaceuticals in Cancer Chemoprevention, pages 350-387 [5] Charitidis CA, Georgiou P, Koklioti MA, Trompeta A-F & Markakis V (2014) Manufacturing nanomaterials: from research to industry [6] Dolfini et al (1989).Hydrolysis of Curcumin, United State Patent [7] Guaddadarangavvanahally K.Jayaprakasha, Lingamullu Jagan Mahan Rao, and Kunnumpurath K.Sakariah (2002).Improved HPLC Method for Determination of Curcumin, Demethoxycurcumin, and Bisdemethoxycurcumin, Central Food Technological Research Institute, Mysore 570 013, India [8] He, X G.; Lin, L Z.; Lian, L Z.; Lindernmaier, M (1998) Liquid chromatography electrospray mass spectrometric analysis of curcuminoids and sesquiterpenoids in turmeric (Curcuma longa) Trang 49 [9] Ivan Stankovic (2004).Curcumin, Chemical and Technical Assessment (CTA), FAO [10] K Indira Priyadarsini, Dilip K Maity, G H Naik, M Sudheer Kumar, M K Unnikrishnan, J G Satav and Hari Mohan (2003).Role of phenolic O-H and methylene hydrogen on the free radical reactions and antioxidant activity of curcumin, Free Radical Biology and Medicine, Volume 35, Issue 5, Pages 475-484 [11] K.V Peter, Handbook of Herbs and Spices, Woodhead Publishing Limited, Cambridge England [12] L Péret-Almeida , A.P.F Cherubino , R.J Alves , L Dufossé , M.B.A Glória (2005).Separation and determination of the physico-chemical characteristics of curcumin, demethoxycurcumin and bisdemethoxycurcumin, Food Research International, Volume 38, Issues 8-9, Pages 1039-1044 [13] Liang Shen and Hong-Fang Ji (2007) Theoretical study on physicochemical properties of curcumin, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, Volume 67, Issues 3-4, Pages 619623 [14] Ramussen, H B.; Christensen, S B.; Kvist, L P.; Karazmi (2000).A simple and efficient separation of the curcumins, the antiprotozoal constituents of Curcuma longa Planta Med, 66, pages 396-397 [15] Sh Rouhani, ultrasonic assisted extraction of natural pigments from rhizomes of curcuma longa, institute of color science and technology, iran Alison (2000) Colouring our foods in the last and next millennium, j.Food Science & tech, 5-22 [16] Vajragupta, O., Boonchoong, P., Watanabe, H., Tohda, M., Kummasud, N., Sumanont (2003).Manganese complexes of curcumin and its Trang 50 derivatives: evaluation for the radical scavenging ability and neuroprotective activity Free Radical Biology & Medicine 35 (12), pages 1632– 1644 [17] W Chearwae, S Anuchapreedac, K Nandigama, S.V Ambudkar, P Limtrakul (2004) Biochemical mechanism of modulation of human Pglycoprotein (ABCB1) by curcumin I, II, and III purified from Turmeric powder, Biochemical Pharmacology [18] Yosunori Sugiyama, Shunro Kawakishi and Toshihiko Osawa (1996) Involvement of the β-diketone moiety in the antioxidative Mechanism of Tetrahydrocurcumin, Biochemical Pharmacology, Volume 52, Issue 4, 23 , Pages 519-525 [19] http:// curmar gold.vn [20] http:// linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/s0731708507005973 [21] http://tcyh.yds.edu.vn/2010/duoc_rhm_ytcc Trang 51