Xây dựng Quy trình tách chiết Piperine từ hạt Hồ Tiêu

Piperine một chất chất đạm hăng, là một alkaloid món quà của hạt tiêu đen (Piper nigrum L.). Kể từ khi piperine được công nhận như là một alkaloid chính trong cây này, nhiều nghiên cứu đã tập trung điều tra các hoạt động dược lý của piperine. Các nghiên cứu gần đây dược phẩm đã cho thấy rằng piperine có thể chống viêm và giảm đau, là thuốc chống co giật, chống loét, chống trầm cảm có hiệu lực, là tác nhân bảo vệ tế bào hiệu lực và hoạt động chống oxy hóa.

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, những người đã không ngừng độngviên, hỗ trợ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập và thựchiện đề tài.

Cuối cùng, tôi xin chân thành cám ơn đến các bạn, các em trong phòng thí nghiệmhóa môi trường trường Đại học Mở TP Hồ Chí Minh tại cơ sở 3 Bình Dương đã hỗtrợ và nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đềtài thực tập hoàn chỉnh hơn

TP Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2013

Sinh viên thực hiện

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC BẢNG ii

DANH MỤC HÌNH ii

PHẦN I 3

TỔNG QUAN 3

Bảng 1.1 Một số loài thuộc họ Hồ Tiêu trên thế giới 5

Bảng 1.3.1 Tính chất của piperine 11

PHẦN II 14

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

Bảng 2.1 Các thông số hóa chất cần dùng 18

PHẦN III 22

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22

Bảng 3.1 Lượng piperine ở thời gian chiết khác nhau 22

Bảng 3.2 Kết quả đo điểm nóng chảy 23

Bảng 3.3 Bảng so sánh các mũi đặc trưng của piperine cô lập với các mũi đặc trưng của chất chuẩn 26

PHẦN IV 28

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cây hồ tiêu Piper nigrum Liin 6

Hình 2.2 Bộ lọc chân không 16

Hình 2.3 Bộ chưng cất trực tiếp 16

Hình 2.4 Bộ chiết Soxhlet 17

Hình 2.6 Máy quang phổ 18

Hình 2.7 Sơ đồ quy trình chiết piperine từ hạt tiêu đen 20

Hình 2.8 Chạy sắc ký Hình 2.9 Sản phẩm piperine 21

Hình 3.1 Kết quả chạy sắc ký bản mỏng 24

Hình 3.2 Phổ IR của piperine tách chiết 25

Hình 3.3 Cấu trúc phân tử piperine 26

Hình 3.4 Phổ IR của piperine chuẩn 26

MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG ii

DANH MỤC HÌNH ii

PHẦN I 3

TỔNG QUAN 3

1.1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ GIỐNG Piper 3

1.1.2 Nguồn gốc, phân bố và phân loại 4

1.2 GIỚI THIỆU VỀ CÂY HỒ TIÊU 6

1.2.1 Phân loại 6

1.2.2 Mô tả thực vật 6

1.2.3 Nguồn gốc và phân bố 7

1.2.4 Đặc điểm sinh thái, sinh trưởng và phát triển 7

1.2.5 Thu hái và năng suất 8

1.2.7 Công dụng của hồ tiêu 9

1.2.8 Thành phần hóa học 10

1.3 PIPERINE 11

1.3.1 Giới thiệu về piperine 11

1.3.2 Tác dụng dược lý 12

1.3.3 Ứng dụng của piperine 13

PHẦN II 14

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 15

2.1.2 Dụng cụ - thiết bị - hóa chất 15

2.2.2 Cách thực hiện 20

PHẦN III 22

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22

3.2.2 Sắc ký bản mỏng 23

3.2.3 Phân tích phổ hồng ngoại 25

PHẦN IV 28

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 28

4.1 KẾT LUẬN 29

4.2 ĐỀ NGHỊ 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam là một nước có nguồn dược liệu thiên nhiên vô cùng phong phú và đadạng Đặc biệt, tiêu được sử dụng nhiều trong thực phẩm xuất hiện như một gia vịtrong các bữa ăn gia đình, và được trồng nhiều ở miền nam Việt Nam Tiêu có nhiềuthành phần, và trong những thành phần đó là piperine, một chất tạo vị cay, thơm đặctrưng trong tiêu Và đặc biệt piperine đã được chứng minh là thành phần chínhtrong dược liệu

Piperine ((E,E) – 1 - [5 - (1,3 – Benzodioxol – 5 - yl) – 1 – oxo - 2,4 - pentadienyl]

-piperidiene) là một alkaloid được chiết xuất từ các loại thảo mộc thuộc họ Piper, có

hàm lượng từ 4 – 9 % Piperine ở dạng tinh thể nóng chảy ở 130 oC, ít tan trongnước, tan trong chlorofor, ethanol, benzen

Piperine có công thức phân tử là C17H19NO3, được Hans Christian Oerstedt phát

hiện vào năm 1819 từ quả cây hồ tiêu Piper nigrum, nguồn gốc của cả giống tiêu

đen và tiêu trắng hiện nay Năm 1879, Macmillan và cộng sự tìm thấy piperine

trong giống hồ tiêu Piper longum và offcinarum.

Hạt tiêu cay được tìm thấy vào năm 1821 là do piperine và piperanine Các nghiêncứu gần đây đã xác định piperine có hoạt tính làm tăng khả năng hấp thụ nhiều loại

thuốc và thực phẩm chức năng như curcumin, carotenoid, vitamin, viagra trong cơthể chỉ với liều rất nhỏ.

Từ đó, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHIẾT TÁCH

PIPERINE TỪ HẠT HỒ TIÊU (Piper nigrum L.).”.

đốt Lá mọc cách, phiến lá đơn, cân đối hoặc bất đối xứng, nguyên, ít khi chia thùysâu ở phía dưới, thường có ba hoặc nhiều gân chính, cuống lá ngắn hoặc tương đốidài Cụm hoa dạng bông hoặc đơn độc, mọc đối diện với lá, hoa thường đơn tính,đài và trang tiêu giảm, lá bắc nhỏ có dạng hình ba cạnh hoặc gần tròn, nhị 2-6, bầuchỉ có 1 ô, 1 hạt Quả hình cầu hoặc gần hình trứng.

1.1.2 Nguồn gốc, phân bố và phân loại

Giống hồ tiêu (Piper) là một giống lớn gồm khoảng 1200 loài, phân bố chủ yếu ở

các khu vực có khí hậu nhiệt đới điển hình Trung tâm với số loài đa dạng và phongphú nhất của giống hồ tiêu là các nước khu vực Trung và Nam Mỹ

Trong vùng Đông Nam Á cũng có khoảng gần 400 loài

Ơ nước ta, theo Phạm Hoàng Hộ (1991), giống hồ tiêu có chừng 40 loài

Rất nhiều loài trong giống hồ tiêu có chứa tinh dầu, nên đã được dùng làm gia vị,làm chất kích thích và làm thuốc trong y học dân gian

Bảng 1.1 Một số loài thuộc họ Hồ Tiêu trên thế giới

thường

Thông tin

gia vị và làm thuốc

của loài hồ tiêu này được trộn chungvới lá cam dùng để làm gia vị

Piper longum L. Tiêu dài Ấn Độ Mọc hoang ở chân núi Himalaya,

từng là gia vị hàng đầu thế giới vàđược dùng làm thuốc

Piper retrofractum Vahl. Tiêu dài Java Mọc hoang ở Malaysia, dùng làm gia

vị

Piper methysticum Forst. Kava Được trồng ở các đảo Nam Thái Bình

Dương, rễ được dùng làm thuốc anthần

Piper guineense Schum. Tiêu Guine Được trồng ở Tây Phi, dùng làm gia

vị

Piper clussi DC. Tiêu Ashanti Được trồng ở Tây Phi, dùng làm gia

vị

1.2 GIỚI THIỆU VỀ CÂY HỒ TIÊU

Hình 1.1 Cây hồ tiêu Piper nigrum Liin

1.2.1 Phân loại

- Tên thường gọi: hồ tiêu, cây tiêu, tiêu đen, tiêu hồi

- Tên khoa học: Piper nigrum Liin.

- Tên đồng nghĩa: Piper aromaticum Lamk.

Cụm hoa bong, mọc đối diện với lá trên các nhánh sinh sản, dài 3 – 15 cm và mangkhoảng 50 - 150 hoa

Quả mọng, hình cầu, không cuống, đường kính cỡ 4 – 8 mm, lúc non có màu lục rồivàng và khi chín có màu đỏ Một chùm có từ 20 - 40 hạt Hạt tròn, cứng có mùinồng và vị cay

1.2.3 Nguồn gốc và phân bố

Hồ tiêu (Piper nigrum Liin.) là loài có nguồn gốc từ khu vực miền Tây Ghate bang

Kerala của Ấn Độ Tại đây vẫn còn gặp hồ tiêu mọc hoang dại trên các khu vực đồinúi Người Ấn Độ đã đưa hồ tiêu vào gây trồng khoảng trên 100 năm trước Côngnguyên Từ đây nó được đưa vào trồng tại các nước Đông Nam Á và sau đó là cácnước nhiệt đới châu Mỹ

Ở nước ta hồ tiêu được trồng phổ biến ở các tỉnh miền Nam từ thế kỉ XIX và dần trởthành một cây kinh tế quan trọng: Châu Đốc, Hà Tiên, Phú Quốc, Bà Rịa, QuảngTrị

1.2.4 Đặc điểm sinh thái, sinh trưởng và phát triển

Điều kiện nhiệt đới ẩm; với tổng lượng mưa hang năm 2000 – 4000 mm, phân bốđều quanh năm; nhiệt độ không khí trung bình khoảng 25 - 30oC và độ ẩm khôngkhí tương đối 65 – 95 % rất thích hợp với sinh trưởng và phát triển của hồ tiêu

Ở điều kiện khí hậu gió mùa, mùa khô khoảng 2 - 3 tháng trong năm với lượng mưathấp và phân bố không đều trong năm thì hồ tiêu sinh trưởng kém

Hồ tiêu ưa đất tốt; lớp đất mặt sâu, dày, đủ ấm và thoát nước tốt Trên các loại đấtcát pha thịt, đất nham thạch, đất thịt nặng, đất đỏ nâu đều ở thể trồng hồ tiêu

Hạt hồ tiêu bóc vỏ và gieo ngay sau khi hái thì có thể nảy mầm trong vòng 2 - 3tuần Nhưng trong thực tiễn sản xuất hàng hóa thì hồ tiêu được nhân giống chủ yếubằng biện pháp sinh dưỡng (giâm cành, chiết cành) Hom giống là những đoạn cây

Hồ tiêu có thể tự thụ phấn hoặc thụ phấn chéo nhờ gió Trong thời kì nở hoa, thờitiết thuận lợi, có mưa nhỏ, độ ẩm tương đối không khí cao… thời gian tiếp nhận hạtphấn của đầu nhụy có thể kéo dài trong khoảng 8 - 13 ngày, tỷ lệ đậu quả tăng vànăng suất cao Nhưng nếu có gió bão, mưa lớn hoặc nắng hạn kéo dài thì khả năngthụ phấn sẽ giảm, năng suất sẽ thấp

Thời gian từ khi thụ phấn đến khi quả chín kéo dài chừng 8 - 9 tháng Trong thời kìphát triển của quả, hồ tiêu có nhu cầu cao về nước và dinh dưỡng khoáng, đặc biệt

là với K và Mg

Từ năm thứ 7 - 8 năng suất bắt đầu cao Hồ tiêu cho năng suất tốt, đạt hiệu quả kinh

tế cao trong khoảng 30 năm, nếu được chăm sóc tốt

1.2.5 Thu hái và năng suất

Mùa vụ thu hái quả phụ thuộc vào điều kiện cụ thể ở từng địa phương, từng khuvực Từ quả này có thể thu hoạch được hồ tiêu trắng, hồ tiêu đỏ, hồ tiêu xanh và hồtiêu đen

Mỗi năm có thể thu hoạch tới 2 - 3 vụ tùy thuộc vào điều kiện khí hậu và chế độcanh tác ở từng khu vực Mỗi mùa vụ có thể thu hái nhiều lần (thường 6 - 8 lần) và

cứ khoảng 2 tuần lại hái 1 lần

Tùy thuộc vào chế độ chăm bón mà tuổi thọ cũng như thời gian cho năng suất của

hồ tiêu ở mỗi chu kì canh tác cũng khác nhau Thông thường thì cứ năm thứ 7 - 8,

hồ tiêu bắt đầu cho thu hoạch và thời gian cho thu hoạch đạt hiệu quả kinh tếthường kéo dài khoảng 15 - 20 năm

Năng suất hồ tiêu ở nước ta thường đạt trung bình khoảng 1,5 tấn/ha/năm Năngsuất tiêu tại Thái Lan khá cao, đạt tới 3,3 tấn/ha/năm

Tùy vào thời gian thu hoạch để có được các sản phẩm từ hồ tiêu trên thị trườngkhác nhau như: hồ tiêu đen, hồ tiêu trắng, hồ tiêu xanh, hồ tiêu đỏ

- Hồ tiêu đen: toàn quả hồ tiêu bao gồm vỏ quả và hạt được phơi khô đến độ ẩm 13

% Hồ tiêu đen thành phẩm có màu đen với lớp vỏ hạt nhăn nheo bọc bên ngoài, do

đó có tên là hồ tiêu đen Trung bình 100 kg hồ tiêu tươi (tiêu chum) chế biến phơikhô được 35 kg hồ tiêu đen

- Hồ tiêu trắng (còn gọi là tiêu sọ): Quả hồ tiêu chín già được tách lớp vỏ bên ngoàirồi phơi khô Loại này có màu trắng ngà hay xám, ít nhăn nheo và ít thơm hơn (vìlớp vỏ chứa tinh dầu đã mất) nhưng cay hơn (vì quả đã chín) Trung bình 100 kg hồtiêu tươi thu hoạch được khoảng 25 kg hồ tiêu trắng

- Hồ tiêu xanh ngâm nước muối: được chế biến từ quả hồ tiêu chưa chín Các quả hồtiêu xanh này được ngâm trong dung dịch giấm và muối để giữ được màu xanh tựnhiên và thể chất dòn, xốp của quả hồ tiêu xanh

- Hồ tiêu xanh khử nước: bằng cách xử lý quả ở nhiệt độ cao để làm vô hiệu sự hoạtđộng của các enzyme làm quả hồ tiêu hóa nâu đen Quả xanh khử nước có thể tồntrữ được trong một năm, đáp ứng với nhu cầu tiêu dùng.

- Hồ tiêu đỏ: khi hồ tiêu chín hoàn toàn, màu của quả hồ tiêu chuyển từ xanh sang đỏ.Màu đỏ của quả hồ tiêu được giữ lại bằng cách ngâm quả vào dung dịch nước muốihay muối và giấm cùng với chất bảo quản thực phẩm

1.2.7 Công dụng của hồ tiêu

Cây hồ tiêu được trồng với mục đích là để lấy quả và hạt, hạt hồ tiêu có nhiều ứngdụng làm thuốc, làm hương liệu, nhưng chủ yếu là làm gia vị Ngoài ra, hồ tiêu còn

có thể trừ sâu mọt trong lúa gạo Ngày xưa, hồ tiêu rất hiếm và rất quý, lúc đó người

ta sử dụng hạt hồ tiêu để trao đổi thay cho tiền tệ, dùng hạt hồ tiêu giã nhỏ thành bộtsơn quét lên tường cho ấm những nơi cung cấm của vua Ngày nay, hồ tiêu đã trởthành loại gia vị được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới, đặc biệt là ở các nướccông nghiệp phát triển

Ngoài hồ tiêu nghiền, người ta còn chưng cất, tẩm trích tinh dầu và nhựa dầu để sửdụng trong công nghệ thực phẩm Người ta có thể tìm thấy những chất tự nhiên cótính chất áp dụng rất tốt cho da, tóc và cho da đầu trong lá và quả hồ tiêu

Hạt hồ tiêu có vị cay, tính nóng, có mùi thơm Chỉ với liều lượng nhỏ, hạt hồ tiêu cótác dụng gây tiết dịch vị, dịch tụy… kích thích khả năng tiêu hóa ở người Với liềulượng lớn, chúng kích thích niêm mạc dạ dày, gây sung huyết và viêm cục bộ Khilàm gia vị, tùy theo yêu cầu của món ăn mà người nội trợ dùng hồ tiêu xanh, hồ tiêuhột hay hồ tiêu bột Hồ tiêu xanh là tiêu sắp chín đang ở trên cây, hái xuống giã nhỏrồi nên vào thức ăn, cũng có mùi vị thơm ngon

Ở nước ta, hồ tiêu thường được dùng làm chất kích thích tiêu hóa, giảm đau, trị đaubụng lạnh, thổ tả, ăn không tiêu, nôn mửa hoặc trúng hàn vùng tim, suyễn, đờm tắt,huyết lạnh Ngày dùng 2 - 4 lần dạng thuốc sắc, bột viên Hồ tiêu tán bột dùng xỉarăng chữa trúng gió lạnh, hôn mê, cắn răng, co quắp… Trong nhựa dầu hồ tiêu đen

có hợp chất piperine có đặc tính chữa bệnh về gan

1.2.8 Thành phần hóa học

Trong hồ tiêu có tinh dầu và 2 alkaloid Ngoài ra còn một số chất khác nhưxenluloza, muối khoáng

Tinh dầu chừng 1,5 - 2,2 % Tinh dầu này tập trung ở vỏ quả giữa cho nên hồ tiêu sọ

ít tinh dầu hơn Tinh dầu màu vàng nhạt hay lục nhạt, gồm các hydrocacbua nhưphelandren, cadinen, cariophilen và một ít hợp chất có oxi

Hai alkaloid là piperine và chavixine

Piperine C17H19NO3 có trong hạt tiêu từ 4 – 9 %, có tinh thể không màu, không mùi,không tan trong nước sôi, rất tan trong rượu nóng, tính kiềm nhẹ, đồng phân vớimorphine Khin đun với dung dịch rượu kali, cho acid piperic C12H10O4 và mộtalkaloid khác lỏng, bay hơi là piperidine C5H11N

Acid piperic đung với MnKO4 sẽ cho piperonala dùng chế nước hoa

Chavixine C17H19NO3, có người cho là một chất nhựa, có trong hồ tiêu từ 2,2 - 4,6

% Chavixin là một chất lỏng sền sệt, có vị cay hắc, làm cho hồ tiêu có vị cay nóng,tan trong rượu, ete, chất béo, đặc ở 0 oC Vì chavixin tập trung ở phía ngoài vỏ chonên hồ tiêu sọ ít hắc hơn hồ tiêu đen Chavixin là đồng phân quang học củapiperine Thủy phân sẽ cho piperindine và acid chavinic C12H10O4

Ngoài tinh dầu và alkaloid ra, trong hồ tiêu còn 8 % chất béo, 36 % tinh bột và 4,5

1.3 PIPERINE

1.3.1 Giới thiệu về piperine

Piperine ((E,E) – 1 [5 (1,3 – Benzodioxol – 5 yl) – 1 – oxo 2,4 pentadienyl]

-piperidiene) là một alkaloid được chiết xuất từ các loại thảo mộc thuộc họ Piper, chiếm

khoảng 4 – 9 % thành phần hạt tiêu, không tìm thấy trong lá và cành Piperine có côngthức phân tử là C17H19NO3, nóng chảy tại nhiệt độ 130 0C Piperine được Hans Christian

Oerstedt phát hiện vào năm 1819 từ quả cây hồ tiêu Piper nigrum, nguồn gốc của cả giống

tiêu đen và tiêu trắng hiện nay Năm 1879, Macmillan và cộng sự tìm thấy piperine trong

giống hồ tiêu Piper longum và offcinarum.

Bảng 1.3.1 Tính chất của piperine

Độ tan Ít tan trong nước, tan trong chlorofom, ethanol,

benzen

1.3.2 Tác dụng dược lý

Piperine có tác dụng chống thấp khớp thông qua việc ức chế sản phẩm của hai tiềncytokinine viêm quan trọng là IL6 (interleukine – 6) và PGE2 (prostaglandin – E2)trong sự tăng sinh nguyên bào sợi Việc ức chế sản phẩm PGE2 là rất quan trọng doPGE2 đóng vai trò trung tâm trong quá trình gây viêm

Đối với ung thư, piperine gây ra cái chết tế bào bằng nhiều cơ chế như ức chế sựhình thành mạch máu mới trong khối u, làm giảm sự vận chuyển năng lượng trong

ti thể tế bào thông qua giảm enzyme cyt – 450 Piperine ngăn chặn phát sinh độtbiến, ung thư bằng cách ức chế sự hình thành các sản phẩm quá trình oxy hóa lipid,tăng cường hoạt động của các enzyme chống oxy hóa, ngăn chặn suy giảm củaglutathione – một chất có khả năng miễn dịch của cơ thể, nó suy giảm theo tuổi và

sự suy giảm này có liên quan đến sự tấn công của bệnh tật Năm 2005, trong nghiêncứu của các nhà khoa học thuộc đại học Madrid, Ấn Độ, piperine được nhận thấy là

đã ngăn chặn benzo(α)pyrene cảm ứng ung thư phổi ở chuột bạch tạng Trongnhững con chuột sinh ra bị ung thư phổi, các mức độ biến đổi lượng protein tổng vàcác thành phần carbohydrat liên kết protein (hexose, hexosamine và acid sialic)được quan sát thấy trong huyết thanh, mô phổi và mô gan Chế độ ăn uống có bổsung piperine (50 mg/kg trọng lượng cơ thể) cho những con chuột đã làm giảmlượng protein tổng và mức độ carbohydrate gắn protein của những con thú bị ungthư phỏi trong suốt các pha khởi đầu và sau khởi đầu Các số liệu đề xuất rằngpiperine có thể kéo dài tác động phòng ngừa của nó thông qua các việc điều chỉnhmức độ carbonhydrate gắn protein, vì chúng là một trong những chất chỉ thị sự tạou

Trong một nghiên cứu gần đây cho thấy piperine có khả năng chống trầm cảm bằngcách nâng cao hiệu lực nhận thức và hoạt động trí não, do đó ở liều thấp piperine làmột chất tiềm năng để cải thiện hoạt động trí não Piperine có khả năng làm tăngsinh khả dụng của một số chất như curcumine, beta- carotene, coenzyme Q10….bởi

nó kích thích hoạt động của các amino acid vận chuyển trong đường ruột, ức chế glycoprotein, các bơm protein giúp đưa các chất ra khỏi tế bào, làm giảm sản xuấtacid glucuronic trong đường ruột, từ đó giúp đưa các chất này vào cơ thể dưới dạng

p-hoạt động Do đó, các chất này có thể đi đến và thâm nhập vào trong các tế bào mụctiêu của chúng với thời gian lâu hơn so với những trường hợp khác.

Piperine được ứng dụng đưa vào các thực phẩm chức năng để hỗ trợ trong điều trịung thư cùng với cucurmin trong nghệ

Piperine có liên quan đến tăng sự hấp thu của các chất dinh dưỡng khác trong cơ thể

và có các ứng dụng mới lạ khác cũng như giúp chống lại bệnh ung thư đại tràng và

có tác dụng chống trầm cảm, đồng thời tăng cường chức năng nhận thức của não bộ