Ứng dụng enzyme cellulase hỗ trợ chiết tách curcumin từ củ nghệ vàng curcuma longa l

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM –––––––– NGUYỄN THỊ YẾN ỨNG DỤNG ENZYME CELLULASE HỖ TRỢ CHIẾT TÁCH CURCUMIN TỪ CỦ NGHỆ VÀNG CURCUMA LONGA L.. Sử dụng enzyme tron

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Nha Trang – 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

––––––––

NGUYỄN THỊ YẾN

ỨNG DỤNG ENZYME CELLULASE HỖ TRỢ CHIẾT TÁCH CURCUMIN TỪ CỦ NGHỆ VÀNG

CURCUMA LONGA L

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC (Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS Phan Vĩnh Thịnh

Nha Trang – 2017

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Cô bộ môn Công nghệ Kĩ thuật Hóa học- Khoa Công nghệ Thực phẩm trường Đại học Nha Trang đã quan tâm, dạy

dỗ, chỉ bảo trong bốn năm học tại trường

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Thầy Phan Vĩnh Thịnh đã hướng dẫn tận tình trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Xin cảm ơn Phòng thí nghiệm hóa học trường Đại học Nha Trang đã hỗ trợ dụng

cụ, máy móc thiết bị và cảm ơn Thầy cô phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình tiến hành thí nghiệm

Em xin cảm ơn gia đình và người thân, các bạn lớp 55CNHH đã luôn bên cạnh giúp đỡ, động viên trong thời gian làm thí nghiệm tại trường

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên, đề tài này không thể tránh được những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để luận văn được hoàn chỉnh hơn

Em xin kính chúc quý thầy cô trường Đại học Nha Trang lời chúc sức khỏe, thành công trên con đường giảng dạy

Nha Trang, ngày 5 tháng 7 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Yến

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

‑‑‑‑‑‑̵‐

Nha Trang, ngày tháng năm 2017

Cán bộ hướng dẫn

MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu về cây nghệ vàng 3

1.1.1 Nguồn gốc, phân bố 3

1.1.2 Phân loại 3

1.1.3 Đặc điểm 4

1.1.4 Sinh trưởng 4

1.1.5 Thành phần hóa học của củ nghệ 4

1.2 Giới thiệu về curcuminoids 5

1.2.1 Cấu trúc hóa học của curcuminoids 5

1.2.2 Một số tính chất vật lý và hóa học của curcumin 7

1.2.3 Hoạt tính sinh học của curcumin 9

1.2.3.1 Hoạt tính chống ung thư 9

1.2.3.2 Hoạt tính chống oxy hóa 10

1.2.3.3 Hoạt tính kháng viêm 11

1.2.3.4 Hoạt tính kháng virus, vi khuẩn, nấm và kí sinh trùng 11

1.3 Ứng dụng của curcumin 12

1.3.1 Ứng dụng trong thực phẩm 12

1.3.2 Ứng dụng trong dược phẩm và mỹ phẩm 12

1.4 Các phương pháp tách chiết 13

1.4.1 Cơ sở của quá trình tách chiết 13

1.4.2 Các phương pháp tách chiết 13

1.5 Sử dụng enzyme trong hỗ trợ chiết tách các hoạt chất sinh học từ thực vật 16

1.5.1 Các kết quả gần đây 16

1.5.2 Ứng dụng enzyme trong hỗ trợ chiết tách curcumin từ củ nghệ 17

1.5.3 Enzyme Cellulase 19

1.5.3.1 Cấu trúc 19

1.5.3.2 Tính chất 20

1.5.3.3 Nguồn gốc 20

1.5.3.4 Cơ chế xúc tác 20

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Đối tượng nghiên cứu 22

2.2 Thiết bị - dụng cụ và hóa chất 22

2.2.1 Thiết bị - dụng cụ 22

2.2.2 Hóa chất 22

2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 23

2.4 Phương pháp nghiên cứu 26

2.4.1 Hàm lượng nước của củ nghệ và độ ẩm của mẫu nghệ nguyên liệu 26

2.4.2 Hàm lượng tro của củ nghệ 26

2.4.3 Phương pháp xác định hàm lượng curcuminoids tổng số 27

2.4.4 Phương pháp xác định hàm lượng carotenoid tổng số 27

2.4.5 Phương pháp xác định hiệu suất thu chiết xuất thô 27

2.4.6 Phương pháp phân lập 3 thành phần của curcuminoids bằng sắc kí bản mỏng 28

2.4.7 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 28

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Độ ẩm, hàm lượng tro của nguyên liệu 29

3.2 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch enzyme lên curcuminoids tổng số 29

3.3 Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme lên curcuminoids tổng số 31

3.4 Hiệu suất thu bột chiết curcuminoids thô 32

3.5 Kết tinh curcumin bằng ethanol 96% 33

3.6 Hàm lượng carotenoid tổng số 33

3.7 Sắc kí bản mỏng TLC 34

3.8 Sắc kí lỏng hiệu năng cao HPLC 35

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

PHỤ LỤC 41

HEC : Hydroxyethyl cellulose

HAT : H- atom transfer

TLK : Trọng lượng khô

EtOH : ethanol

AcEt : Ethylacetat

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Cây nghệ vàng 3

Hình 1.2: Một số loài nghệ 4

Hình 1.3: Cấu trúc hóa học chung của curcuminoids 6

Hình 1.4: Các hợp chất curcuminoids 6

Hình 1.5: Các đồng phân của curcumin: (1) s-cis-diketone; (2) s-trans-diketone; (3) enol 7

Hình 1.6: Phản ứng của curcuminoid với gốc tự do 8

Hình 1.7: Phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng 8

Hình 1.8: Phản ứng tạo phức với kim loại 9

Hình 1.9: Quá trình hình thành và di căn khối u và tác động của curcumin 10

Hình 1.10: Chất màu bột nghệ 12

Hình 1.11: Thuốc có thành phần curcumin 13

Hình 1.12: Enzyme Cellulase 19

Hình 1.13: Quá trình phân giải Cellulose bằng enzyme Cellulase 21

Hình 2.1: Củ nghệ vàng 22

Hình 2.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 23

Hình 3.1: Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch enzyme lên curcuminoids tổng số 30

Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme lên curcuminoids tổng số 32

Hình 3.3: Hình ảnh sắc kí bản mỏng của mẫu dịch chiết curcuminoids từ củ nghệ vàng 34

Hình 3.4: Sắc ký đồ HPLC của dung dịch curcumin chuẩn 35

Hình 3.5: Sắc ký đồ HPLC của mẫu dịch chiết từ củ nghệ vàng 36

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của củ nghệ vàng khô 5

Bảng 1.2: Cấu trúc các thành phần của curcuminod [7] 6

Bảng 1.3: Tổng hợp các quy trình sử dụng enzyme cho quá trình tiền xử lý bột nghệ 17 Bảng 3.1: Độ ẩm, hàm lượng tro (khoáng) của nguyên liệu 29

Bảng 3.2: Hàm lượng curcuminoids tổng số ở các nồng độ dung dịch enzyme khác nhau 29

Bảng 3.3: Hàm lượng curcuminoids tổng số ở các thời gian lắc khác nhau 31

Bảng 3.4: Hiệu suất thu bột chiết curcuminoids ở các nồng độ dung dịch enzyme khác nhau 32

Bảng 3.5: Hiệu suất thu bột chiết curcuminoids ở các mức thời gian lắc (ủ) khác nhau 33

Bảng 3.6: Khối lượng curcumin thu được sau khi kết tinh 33

Bảng 3.7: Hàm lượng carotenoid tổng số 33

Bảng 3.8: Bảng tính hệ số di chuyển Rf 34

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Từ xa xưa, ở các nước Ấn Độ, Trung Quốc và Đông Nam Á, cây nghệ vàng

(Curcuma longa L.) đã được sử dụng để chữa bệnh, làm gia vị, chất bảo quản và màu

thực phẩm Trong thành phần củ nghệ, curcumin là hoạt chất chính, đồng thời curcumin

tạo nên màu vàng đặc trưng của củ nghệ

Với điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, lượng mưa lớn như ở Việt Nam, nghệ được trồng khắp cả nước, đặc biệt ở các tỉnh như Đắk Lắk, Đắk Nông, Bình Định, Quảng Nam, Nghệ An… Nghệ phát triển tốt và cho sản lượng nghệ củ rất cao Do vậy, có thể nói Việt Nam có một nguổn nguyên liệu dồi dào để sản xuất curcumin ứng dụng làm nguyên liệu sản xuất các chế phẩm có giá trị cao trong các ngành công nghiệp thực

Việc nghiên cứu phương pháp tách chiết curcumin với hiệu suất và chất lượng cao từ củ nghệ vì thế là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng cả về mặt khoa học lẫn ứng dụng thực tiễn trong sức khỏe đời sống Các nghiên cứu cho tới nay đã áp dụng cả công nghệ truyền thống là trích ly rắn – lỏng thông thường (có hoặc không có khuấy trộn), trích ly soxhlet, lẫn công nghệ hiện đại là trích ly CO2 siêu tới hạn Tuy nhiên do hàm lượng curcumin trong củ nghệ nhỏ và khả năng hòa tan trong các dung môi thông dụng thấp nên hàm lượng cucurmin chiết ra thấp… Một số nhược điểm vẫn còn tồn tại như dung môi hữu cơ tiêu thụ lớn, và hiệu quả thấp

Để khắc phục những hạn chế trên, đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng enzyme vào quá trình tiền xử lý bột nghệ, kết quả cho thấy việc ứng dụng enzyme hỗ trợ chiết tách

đem lại hiệu suất thu hồi curcumin cao hơn quá trình trích ly không có sự hỗ trợ của

enzyme, đồng thời tiết kiệm được đáng kể dung môi sử dụng và thời gian xử lý

Do đó, tôi chọn đề tài: “Ứng dụng enzyme Cellulase hỗ trợ chiết tách curcumin

từ củ nghệ vàng curcuma longa L.”

2 Mục tiêu

Tối ưu hóa các quá trình enzyme hỗ trợ chiết tách curcumin từ củ nghệ Curcuma longa

3 Nội dung nghiên cứu

 Tiền xử lý bột nghệ nguyên liệu bằng enzyme cellulase

 Thu nhận curcumin từ bột nghệ nguyên liệu đã xử lý bằng chiết Soxhlet

 Đánh giá một số đặc tính của dịch chiết: hàm lượng curcuminoidss tổng số, hiệu

suất thu bột chiết thô, thành phần các curcuminoidss

 Xác định các điều kiện tối ưu để xử lý nguyên liệu bằng enzyme

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp xác định độ ẩm, hàm lượng tro của nguyên liệu

Phương pháp xác định hàm lượng curcuminoids tổng số

Phương pháp xác định hàm lượng carotenoid tổng số

Phương pháp xác định khối lượng chiết xuất thô

Phương pháp phân lập ba thành phần của curcuminoids bằng sắc kí bản mỏng (TLC)

5 Đối tượng nghiên cứu

Củ nghệ vàng (Curcuma longa L.) được thu mua có nguồn gốc từ Đắk Lắk

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Ứng dụng enzyme cellulase vào quá trình xử lý bột nghê, thu

nhận curcumin từ củ nghệ Tối ưu hóa các điều kiện tối xử lý nguyên liệu nghệ bằng enzyme

Ý nghĩa thực tiễn: Curcumin được thu nhận có thể được ứng dụng trong thực phẩm,

mỹ phẩm, như kem dưỡng da, kem trị mụn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về cây nghệ vàng

1.1.1 Nguồn gốc, phân bố

Nghệ vàng (Curcuma longa L.) là một chi thuộc họ Gừng (Zingiberaceae) [1]

Curcuma là tên Latin xuất phát từ từ “Kourkoum”, một từ mang gốc Ả Rập nghĩa là “có màu vàng” [2] Nghệ có nguồn gốc ở vùng Tamil Nadu, phía đông nam Ấn Độ [3] Ngày nay, nghệ vàng được trồng ở Ấn Độ, Pakistan, Malaysia, Myanmar, Thái Lan, Việt Nam, Philippines, Nhật, Trung Quốc, Hàn Quốc, Sri Lanka, Nepal, những hòn đảo ở Nam Thái Bình Dương, Đông và Tây Phi… nhưng Ấn Độ vẫn là nơi sản xuất và xuất khẩu nghệ vàng chủ yếu hiện nay [1,4] Nghệ mọc hoang dại và phân bố ở những vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới [5] Tại Việt Nam, cây mọc hoang dại và được trồng khắp nơi, nhiều nhất ở các tỉnh Nghệ An, Quảng Bình, Quảng Nam, Đắk Lắk, …

Hình 1.1: Cây nghệ vàng 1.1.2 Phân loại

Phân loại khoa học: [1]

Giới: Plantae Bộ: Zingiberales

Họ: Zingiberaceae Chi: Curcuma

Loài: C longa

Chi nghệ gồm khoảng 1400 loài [2,4]

(a) (b) (c) (d)

Hình 1.2: Một số loài nghệ

(a) Curcuma aromaticum (c) Curcuma singularis

(b) Curcuma purpurascens (d) Curcuma purpurascens

1.1.3 Đặc điểm

Nghệ là cây thân thảo, cao 0.6 – 1 m Lá có hình dài trái xoan, dài 45cm, rộng 18cm, hai mặt nhẵn Cuống lá có bẹ mang lông Hoa mọc từ giữa các lá, hợp thành bông hình trụ, mang cán dài Lá bắc có màu trắng hay hơi lục Các lá bắc trên phớt tím nhạt Đài không đều Tràng hoa hình ống không đều, thùy giữa lớn hơn và có mũi nhọn[2,3]

Thân rễ gọi là khương hoàng, rễ củ gọi là uất kim [4] Củ chắc và nặng, dài 2 – 5

cm, đường kính 1 – 3 cm Mặt ngoài xám nâu, nhăn nheo Đôi khi còn lại vết tích của nhánh và rễ phụ Củ có mùi thơm, hắc, vị cay Cắt ngang củ thấy rõ hai vùng: vỏ và trụ giữa Trụ giữa chiếm chừng 2/3 bán kính củ[1,2]

1.1.4 Sinh trưởng

Nghệ có thể phát triển ở các điều kiện nhiệt đới khác nhau, từ đồng bằng đến độ cao 1500m, thích nghi tốt trong khoảng nhiệt độ 20 – 30oC Đặc biệt, nghệ phát triển tốt nhất ở những vùng có lượng mưa trung bình trên 1500m, ở các vùng khác thì phải bù thêm nước bằng việc tưới tiêu với lượng nước tương đương[2] Nghệ ra bông vào khoảng tháng 8 và được thu hoạch vào mùa thu

1.1.5 Thành phần hóa học của củ nghệ

Thành phần trong củ nghệ vàng gồm có: chất màu curcumin (curcuminoidss), tinh dầu nghệ dễ bay hơi, chất xơ, chất khoáng, protein, chất béo, lượng ẩm, và carbohydrate

[2,4,6]

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của củ nghệ vàng khô

Thành phần của củ nghệ vàng khô Turmeric

1.2 Giới thiệu về curcuminoids

1.2.1 Cấu trúc hóa học của curcuminoids

Curcuminoids là các hợp chất phenol có trong củ nghệ Curcuminoids gồm chủ yếu là ba hợp chất tạo màu cơ bản cho củ nghệ, tồn tại trong củ nghệ với những tỉ lệ khác nhau và đều là những dẫn xuất dicinnamoylmethane: [6,7]

1) Curcumin [1,7-Bis- (4- hydroxy- 3-methoxyphenyl)-hepta-1,6-diene-3,5-dione]

diketone, cis-cisenol Curcumin tồn tại ở 3 dạng đồng phân: cis-diketone,

trans-diketone và enol [7]

Hình 1.5: Các đồng phân của curcumin: (1) s-cis-diketone; (2) s-trans-diketone;

(3) enol 1.2.2 Một số tính chất vật lý và hóa học của curcumin

Tính chất vật lý

Curcumin trích ly từ củ nghệ vàng ở dạng bột, có màu vàng nâu, điểm chảy 183–

185oC Curcumin không tan trong nước, tan trong dầu, ethanol, methanol, dichloromethane, aceton,… [4] Dung dịch curcumin trong dung môi hữu cơ có độ hấp thụ cực đại ở bước sóng khoảng 420-430 nm

Tính chất hóa học

 Phản ứng của nhóm hydroxyl trên vòng benzen

Các cặp electron chưa liên kết của oxy nhóm hydroxyl liên hợp mạnh với vòng benzen làm cho nguyên tử hydro của nhóm hydroxyl trở nên linh động hơn Điều này giải thích tính acid và khả năng phản ứng với các gốc tự do của curcumin Ngoài ra, phản ứng với các gốc tự do còn liên quan đến sự chuyển nguyên tử hydro của nhóm metylen ở carbon giữa mạch, làm giảm hay mất hoạt tính của các gốc này Hai hướng phản ứng này góp phần giải thích tính chống oxy hóa mạnh của curcuminoid khi ứng

dụng nó trong ngành dược

Hình 1.6: Phản ứng của curcuminoid với gốc tự do

 Phản ứng phân hủy

- Phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng

Dưới tác dụng của ánh sáng, curcumin phân hủy thành vanillin, acid vanillic, aldehyd ferulic, acid ferulic

Hình 1.7: Phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng

 Phản ứng tạo phức

Curcuminoid với cấu trúc β-diceton trong môi trường acid hay trung tính nằm dưới dạng hỗ biến ceton – enol đối xứng và ổn định, làm cho curcuminoid có khả năng tạo phức với nhiều ion kim loại khác nhau: Mn2+, Fe2+, Cu2+, Ga3+,… Curcuminoid có khả năng cho đi một hay nhiều cặp electron tự do trên các nguyên tử oxy của cấu trúc ceton – enol và chất nhận là các ion kim loại với lớp vỏ electron còn trống Do vậy, liên kết cộng hóa trị giữa curcuminoid và kim loại được hình thành Sự liên kết này làm thay đổi năng lượng trường tinh thể của ion kim loại, làm thay đổi sự phân bố electron trong phân tử Kết quả là phức của kim loại và curcuminoid sẽ có nhiều màu sắc khác nhau

Hình 1.8: Phản ứng tạo phức với kim loại 1.2.3 Hoạt tính sinh học của curcumin

1.2.3.1 Hoạt tính chống ung thư

Curcumin có khả năng ức chế sự tạo khối u, tác động đến hầu hết các giai đoạn của quá trình hình thành và phát triển khối u Ngoài ra, curcumin còn có tác dụng loại

bỏ các men gây ung thư, săn lùng các gốc tự do là các nguyên nhân gây ung thư Bởi vậy, curcumin có thể giúp cơ thể vừa phòng ngừa vừa chống ung thư một cách tích cực

[9]

Hình 1.9: Quá trình hình thành và di căn khối u và tác động của curcumin

Trong giai đoạn đầu của bệnh, các tế bào bình thường bị tác động bởi các gốc tự

do và bị biến đổi thành các tế bào ung thư Curcumin có thể ngăn chặn quá trình này bằng cách bắt giữ các gốc oxy hóa khác nhau: gốc hydroxy OH., gốc peroxyl ROO., singlet oxygen, nitric oxide NO và peroxynitrite ONOO- Curcumin có khả năng bảo

vệ lipid, hemoglobin và AND khỏi quá trình oxy hóa [10]

Kết quả nghiên cứu hoạt tính gây độc đối với 4 dòng tế bào ung thư như: ung thư

vú (MCF7), ung thư gan (Hep G2), ung thư phổi (Lu), ung thư biểu bì (KB) cho thấy Curcumin ức chế và gây độc cực mạnh Curcumin được chứng minh là có khả năng chống di căn đối với một vài loại tế bào ung thư đồng thời ức chế sự phát triển của tế bào ung thư [5]

Tại Mỹ, Đài Loan, người ta đã tiến hành thử nghiệm lâm sàng dùng curcumin điều trị ung thư và kết luận rằng curcumin có thể kìm hãm sự phát tác của tế bào ung thư da, dạ dày, ruột, vòm họng, dạ con, bàng quang [9]

1.2.3.2 Hoạt tính chống oxy hóa

Curcuminoids là hợp chất tự nhiên có khả năng chống oxy hóa Cả dịch trích lẫn curcumin đều có khả năng ngăn cản sự tạo các gốc tự do như superoxide, hydroxyl,

H2O2, gốc nitrite…Tính chống oxy hóa của curcumin là ngăn cản sự peroxide hóa các lipid trong cơ thể [11,12] Phân tích câu trúc của curcumin thì nhóm OH trên vòng benzen giữ vai trò quan trọng cho khả năng chống oxi hóa của curcumin[11]

Cơ chế chống oxi hóa của curcumin gồm một hay nhiều bước sau: [12]

 Dập tắt hay trung hóa các gốc tự do

 Tương tác với các tác nhân oxy hóa và ngăn cản chúng phát triển

 Kết hợp với oxi và làm giảm phản ứng oxi hóa

 Ngăn cản các enzyme oxi hóa như cyclochromer P_450

 Tạo phức hay phá hủy tính oxy hóa của các ion kim loại như Fe

Theo Wright, J.S., curcumin bắt gốc tự do theo cơ chế HAT (H- atom transfer): [13]

FR. + Cur – H  FR – H + Cur.+

Trong đó: FR.: gốc tự do tấn công

Cur – H: phân tử curcumin

FR – H: gốc tự do sau khi nhận thêm một nguyên tử

Cur.: gốc curcumin hình thành do mất nguyên tử H

Ví dụ: DPPH. + trans-diketo curcumin  DPPH2 + trans-diketo curcumin

1.2.3.3 Hoạt tính kháng viêm

Tiêu diệt gốc tự do xấu nhất: nghiên cứu của Đại học Dược khoa Ấn Độ cho biết, curcumin có hoạt tính kháng viêm rất mạnh, nó có thể tiêu diệt các gốc tự do xấu nhất như các gốc tự do thuộc nhóm superoxide Ngoài ra, khi dùng với liều cao, curcumin sẽ kích thích tuyến thượng thận bài tiết cortisone, mà cortisone là chất có hiệu lực rất mạnh để ức chế phản ứng viêm[14]

Điều trị cơn đau: curcumin sẽ ức chế tạo thành prostaglandin, chất này trong cơ thể có liên quan đến cơn đau do viêm gây ra[14]

Điều trị viêm kết mạc: trong một nghiên cứu về vi khuẩn học, thuốc nhỏ mắt Haridra làm từ nguyên liệu củ nghệ, có khả năng kháng khuẩn với trực khuẩn E coli, Staphylococcus aureus, Klebsiella và Pseudomonas… [15]

Điều trị viêm khớp: nghiên cứu của Đại học Y Dược Gandhi, dùng curcumin dạng uống cùng với cortisone acetate dạng tiêm điều trị cho chuột bị viêm khớp Hiệu nghiệm của nghệ đến từ hoạt tính chống histamine Hoạt tính chống viêm của curcumin không thua kém nhiều so với cortison, nó có thể giảm nhẹ phản ứng viêm trong cơ thể động vật, cũng có thể giảm nhẹ triệu chứng viêm của bệnh viêm đa khớp dạng thấp (ở người)[10]

1.2.3.4 Hoạt tính kháng virus, vi khuẩn, nấm và kí sinh trùng

Curcumin được dùng trong điều trị HIV nhờ khả năng chống lại virus Dịch trích cồn của nghệ còn có tác dụng kháng khuẩn Curcumin với nồng độ 2.5 – 50 mg/100ml ngăn cản được sự phát triển của Staphylococcus aureus Natri curcuminat kháng khuẩn Micrococcus pyogen chỉ với hàm lượng 1ppm [16] Dịch trích cloroform và eter của nghệ có khả năng kháng nấm gây viêm da [17] Dịch trích cồn của nghệ còn ngăn cản

sự sản xuất aflatoxin từ nấm Aspergillus parasiticus và kháng amip Entamoeba histolynca [14] Hỗn hợp các curcumin, demethoxycurcumin và bisdemethoxycurcumin còn cho thấy tính kháng giun [11]

1.3 Ứng dụng của curcumin

1.3.1 Ứng dụng trong thực phẩm

Hiện nay, những quy định về sử dụng chất màu thực phẩm tổng hợp rất nghiêm ngặt Điều này đã thúc đẩy sự phát triển của nền công nghiệp sản xuất và ứng dụng các chất màu tự nhiên làm phụ gia tạo màu cho thực phẩm Curcumin đã được các tổ chức FDA ở Mỹ, Canada và EU cho phép sử dụng làm chất màu (mã số E100) để tạo màu vàng hay vàng cam cho nước giải khát, pho mát, cary, mù tạt… Liều lượng sử dụng cho

phép là 0 – 0,5 mg/kg thể trọng[4]

Hình 1.10: Chất màu bột nghệ 1.3.2 Ứng dụng trong dược phẩm và mỹ phẩm

Dược phẩm: Trong y học cổ truyền, con người còn biết dùng nghệ để chữa các bệnh như: bệnh loét dạ dày; loét ngoài da; bệnh hen suyễn; chữa bỏng Hiện nay, curcumin ở nhiều nước trên thế giới được coi như vừa là thuốc vừa là thực phẩm chức năng giúp phòng ngừa và hỗ trợ điều trị ung thư, viêm loét dạ dày tá tràng, giải độc gan, tăng sức đề kháng của cơ thể [1,4] Nó được dùng dưới nhiều dạng: bột, viên ép, viên con nhộng, dạng trà, dạng thuốc tinh chất để tăng thêm việc tiêu hoá và chức năng gan, để giảm đau khớp và điều hoà kinh Tinh nghệ Nano Curcumin được chiết xuất từ

củ nghệ vàng bằng công nghệ nano tiên tiến, mang lại những hiệu quả vượt trội, khắc phục được những nhược điểm so với sử dụng bột nghệ thông thường

Hình 1.11: Thuốc có thành phần curcumin

Mỹ phẩm: Nhiều nghiên cứu đã chứng minh được lợi ích của nghệ và hoạt chất

curcumin đối với làn da Curcumin có thể giúp tái tạo lại làn da [18] và thúc đấy làm

lành nhanh các vết thương [14]; bảo vệ, chống lại các tổn thương da do các tia UV gây

ra [19,20], có đặc tính chống ung thư da [21] Chính vì vậy mà nghệ vàng là một trong

những sản phẩm làm đẹp quen thuộc với mỗi chị em phụ nữ Sử dụng bột nghệ để làm

mặt nạ đắp mặt, hoặc bổ sung viên nghệ Nano Curcumin giúp tăng cường sức khỏe

cũng như cải thiện làn da của bạn

1.4 Các phương pháp tách chiết

1.4.1 Cơ sở của quá trình tách chiết

Quá trình tách chiết là quá trình tách các chất hữu cơ hòa tan ra khỏi nguyên liệu

nhưng vẫn giữ được đầy đủ thành phần và bản chất của nó Trong quá trình tách chiết

sẽ xảy ra 3 quá trình là: quá trình hòa tan, quá trình thẩm thấu và quá trình khuếch tán

Đầu tiên dung môi thấm ướt lên bề mặt nguyên liệu sau đó thấm vào bên trong do quá

trình thẩm thấu tạo ra dung dịch chứa các hợp chất Tiếp theo dung môi hòa tan các chất

trên bề mặt bằng cách đẩy các bọt khí chiếm đầy trong các khe vách trống của tế bào

Sau đó dung môi tiếp tục hòa tan các hoạt chất trong ống mao dẫn của nguyên liệu nhờ

vào dung môi đã thấm sâu vào các lớp bên trong Ba quá trình này thực hiện liên tục cho

đến khi quá trình chiết kết thúc Nguyên liệu phải được xay nhỏ để dung môi có thể dễ

dàng tiếp xúc với thành tế bào, thúc đẩy quá trình chiết xảy ra nhanh chóng và hiệu quả

(Rydberg và cộng sự, 1992) [22]

1.4.2 Các phương pháp tách chiết

Phương pháp ngấm kiệt

Phương pháp ngấm kiệt hay còn gọi là phương pháp ngâm nhỏ giọt - là một trong những phương pháp đơn giản và phổ biến nhất hiện nay, vì nó không đòi hỏi nhiều về

kỹ thuật và công nghệ Đây là quá trình chiết liên tục, dung môi mới luôn được thêm vào để thay cho lớp dung môi cũ đã hòa tan được dược chất Lớp dung môi mới có nhiệm vụ hòa tan các hoạt chất còn lại trong tế bào Quá trình tiếp diễn cho đến khi không thêm dung môi nữa Như vậy, dược liệu luôn được tiếp xúc với lớp dung môi mới nên có thể chiết kiệt hoạt chất [23]

Phương pháp ngâm dầm

Trong phương pháp ngâm dần, mẫu được ngâm trong một bình chứa thủy tinh hoặc thép không rỉ có nắp đậy, cho mẫu ngập đầy trong dung môi và để ở nhiệt độ phòng Dung môi sẽ ngấm dần vào nguyên liệu để hòa tan các hợp chất tự nhiên, có thể gia tăng hiệu quả chiết bằng cách khuấy hoặc lắc nhẹ hỗn hợp chiết

Phương pháp chiết Soxhlet

Chiết Soxhlet là một kiểu chiết liên tục, được thực hiện nhờ cấu tạo đặc biệt của dụng cụ chiết Kiểu chiết này cũng như là kiểu chiết lỏng - lỏng nên về bản chất của quá trình tuân theo quy luật phân bố chất trong hai pha không trộn lẫn vào nhau Trong đó pha rắn nằm trong mẫu sẽ được hòa tan bởi pha lỏng (dung môi)

Phương pháp này tiết kiệm được dung môi và mang lại hiệu quả chiết cao Tuy nhiên, kích thước của dụng cụ chiết Soxhlet làm hạn chế lượng nguyên liệu ta cần chiết,

vì vậy muốn chiết lượng lớn thì phải lặp đi lặp lại nhiều lần chiết, gây mất nhiều thời gian [24]

Phương pháp lôi cuốn hơi nước

Đây là phương pháp đặc biệt để trích ly tinh dầu và những hợp chất dễ bay hơi

có trong nguyên liệu Dụng cụ gồm một bình cầu lớn để cung cấp hơi nước Sau đó, hơi nước sẽ được dẫn sục vào bình chứa có mẫu, hơi nước xuyên thấm qua màng tế bào nguyên liệu và lôi theo những cấu tử dễ bay hơi, hơi nước tiếp tục bay hơi và ngưng tụ bởi một ống sinh hàn, ta thu được hợp chất tinh dầu Dùng ete dầu hỏa hoặc ether ethylic

để trích ly tinh dầu ra khỏi hỗn hợp trên hoặc để yên một thời gian trong bình sẽ có sự phân tách giữa hai pha tinh dầu và nước

1.4.3 Một số phương pháp tách chiết khác

Chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn (Supercritical fluid extraction)

Chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn (SFE) được xem như là một phương pháp chiết hữu hiệu để thay thế các phương pháp thông thường sử dụng dung môi hữu cơ Phương pháp SFE xảy ra nhanh chóng, tự động, có chọn lọc, không gây cháy nổ và tránh việc

sử dụng một số lượng lớn các dung môi độc hại Siêu chất lỏng dễ dàng tách các chất cần thiết do dung môi thay đổi thuộc tính nhanh chóng chỉ với các biến đổi áp lực nhẹ Chất lỏng siêu tới hạn (SCF) đang ngày càng thay thế dung môi hữu cơ như n-hexane, dichloromethan chloroform và những dung môi khác thường sử dụng trong chiết công nghiệp, lọc, vì quy định và sức ép môi trường về các hợp chất hữu cơ và khí thải [23]

Phương pháp chiết có sự hỗ trợ của sóng siêu âm (Ultrasound-assisted extraction)

Đây là kỹ thuật chiết thay thế rẻ tiền, đơn giản và hiệu quả Sóng siêu âm thường được sử dụng để cải thiện việc chiết lipid, protein và các hợp chất phenolic từ thực vật, quá trình chiết các hợp chất phenol từ Folium eucommiae có sử dụng sóng siêu âm thu được hiệu quả cao hơn so với khi chiết bằng cách gia nhiệt hoặc bổ sung enzyme hỗ trợ chiết tách Sóng siêu âm có khả năng phá vỡ màng tế bào của nguyên liệu, do đó giúp cho sự xâm nhập của dung môi vào bên trong tế bào dễ dàng hơn Ngoài ra siêu âm còn

có tác dụng khuấy trộn mạnh dung môi làm tăng diện tích tiếp xúc của dung môi và cải thiện đáng kể hiệu suất chiết [23]

Phương pháp chiết sử dụng năng lượng vi sóng (Microwave-assisted extraction)

Đây là một mảng lớn chưa được khai thác, mặc dù bằng cách sử dụng lò vi sóng

để làm trung gian trong quá trình chiết có thể duy trì các điều kiện nhẹ và đạt được hiệu quả vượt trội khi chiết Dưới tác dụng của lò vi sóng nước trong thực vật bị nóng lên nhanh chóng, áp suất bên trong tăng đột ngột làm các mô chứa dịch chiết vỡ ra, dịch chiết thoát ra ngoài, lôi cuốn theo hơi nước sang hệ ngưng tụ Hiệu suất có thể bằng hoặc cao hơn những phương pháp khác nhưng thời gian chiết rất ngắn Dịch chiết thu được

có mùi tự nhiên Sản phẩm phân hủy trong dịch chiết tự nhiên giảm đi, tiết kiệm thời gian, năng lượng và chi phí Tuy nhiên chỉ áp dụng được cho các nguyên liệu có tuyến dịch chiết nằm ngay sát bề mặt lá Năng lượng chiếu xạ lớn sẽ làm cho một số cấu phần trong dịch chiết phân hủy [25,26]

1.5 Sử dụng enzyme trong hỗ trợ chiết tách các hoạt chất sinh học từ thực vật

Enzyme là các chất xúc tác lý tưởng để hỗ trợ các quá trình trích ly, biến đổi hoặc tổng hợp các chất chức năng sinh học phức tạp từ các hợp chất thiên nhiên ban đầu Chức năng của các enzyme trong chiết tách các hoạt chất sinh học từ thảo dược là phá

vỡ các liên kết giữa các tế bào thực vật để tạo ra các cấu trúc nhỏ và mở hơn Khi vật liệu thực vật bị phá hủy thành các đoạn nhỏ hơn, đặc tính lý học và sinh học của nó bị thay đổi và sự thay đổi này có ảnh hưởng tới hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất do

sự tăng sản lượng, giảm giá thành và nâng cao chất lượng sản phẩm

1.5.1 Các kết quả gần đây

 Pectinase với công nghiệp thực phẩm

Chế phẩm pectinase được sử dụng trong sản xuất nước quả từ các nguyên liệu quả nghiền hay để làm trong nước quả ép Bởi vì khi có pectin thì khối quả nghiền sẽ có trạng thái keo, do đó khi ép dịch quả không thoát ra được Nhờ pectinase mà nước quả trong suốt, dễ lọc, hiệu suất tăng Pectinase còn góp phần chiết rút các chất màu, tanin

và các chất hòa tan khác, do đó làm tăng chất lượng của thành phẩm Những nghiên cứu khi ép nho có xử lý bằng pectinase không những làm tăng hiệu suất mà còn làm tăng màu sắc.Trong sản xuất mứt nhừ, mứt đông… nhờ pectinase mà dịch quả có nồng độ đậm đặc hơn

 Cellulase với công nghiệp thực phẩm

Một số nước đã dùng cellulase để xử lý các loại rau quả như bắp cải, hành, cà rốt, khoai tây, táo và lương thực như gạo Người ta còn xử lý cả chè, các loại tảo biển… Trong sản xuất bia, dưới tác dụng của cellulase hay phức hệ citase trong đó có cellulase, thành tế bào của hạt đại mạch bị phá hủy tạo điều kiện tốt cho tác động của protease và đường hóa Trong sản xuất agar-agar, tác dụng của chế phẩm cellulase sẽ làm tăng chất lượng agar-agar hơn so với phương pháp dùng acid để phá vở thành tế bào Đặc biệt là việc sử dụng chế phẩm cellulase để tận thu các phế liệu thực vật đem thủy phân, dùng

làm thức ăn gia súc và công nghệ lên men

 Amylase với công nghiệp thực phẩm

Trong sản xuất bánh kẹo người ta thường dùng maltose là sản phẩm thủy phân tinh bột bằng amylase và glucose bằng glucoamylase Chính glucoamylase, là yếu tố làm tăng hiệu suất trong sản xuất rượu Trong sản xuất bia, viêc sử dụng amylase có trong các hạt nẩy mầm thay thế malt đã góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành

1.5.2 Ứng dụng enzyme trong hỗ trợ chiết tách curcumin từ củ nghệ

Gần đây, enzyme cellulase và một số enzyme khác đã được nghiên cứu và ứng dụng trong quy trình tách chiết curcumin từ củ nghệ vàng Các enzyme này được sử dụng ở giai đoạn tiền xử lý bột nghệ nguyên liệu (bảng 1.3)

Bảng 1.3 Ứng dụng enzyme trong chiết tách curcumin từ củ nghệ

Tài liệu tham khảo

Cellulase

- Cellulase được hòa tan trong nước cất để thu được các dung dịch enzyme có nồng độ nhất định (0.25 – 4) mg/ mL Thêm 100g bột khô vào các dung dịch enzyme Điều chỉnh pH (3.5 – 7.0) bằng dung dịch HCl 0.1M

- Lắc trong một khoảng thời gian ( 1- 10 h) ở nhiệt độ nhất định ( 30- 55oC)

- Cô quay chân không ( 55oC) thu chất rắn

- Các điều kiện tối ưu:

+ pH: 5.5 + nồng độ dung dịch enzyme : 2.5 mg/ mL + thời gian ủ tối ưu: 8 giờ

+ nhiệt độ ủ tối ưu: 50

oC + tỷ lệ R/ L = 1: 8 g/ml

- Các điều kiện tối ưu:

+ thời gian ủ 6 h + nồng độ dung dịch enzyme: 4% (w / w) + nhiệt độ ủ: 65oC

[28]