ĐỒ ÁN TÁCH CHIẾT CURCUMIN TỪ CỦ NGHỆ VÀNG CURCUMA LONGA L. BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾT HỖ TRỢ SÓNG SIÊU ÂM

-BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM –––––––– ĐỖ NGỌC SƠN NGUYỄN VĂN HIẾU TÁCH CHIẾT CURCUMIN TỪ CỦ NGHỆ VÀNG CURCUMA LONGA L.. BẰNG PHƯƠNG PHÁP C

-BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

––––––––

ĐỖ NGỌC SƠN NGUYỄN VĂN HIẾU

TÁCH CHIẾT CURCUMIN TỪ CỦ NGHỆ VÀNG

CURCUMA LONGA L BẰNG PHƯƠNG PHÁP

CHIẾT HỖ TRỢ SÓNG SIÊU ÂM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC (Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học)

Nha Trang – 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

––––––––

ĐỖ NGỌC SƠN NGUYỄN VĂN HIẾU

TÁCH CHIẾT CURCUMIN TỪ CỦ NGHỆ VÀNG

CURCUMA LONGA L BẰNG PHƯƠNG PHÁP

CHIẾT HỖ TRỢ SÓNG SIÊU ÂM

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 tới các thầy cô bộ môn Công nghệ kỹ thuật hóa học - khoa Công nghệthực phẩm trường Đại học Nha Trang đã quan tâm, dạy dỗ, chỉ bảo tận tình chu đáo để

em có thể hoàn thành đề tài này

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy giáo TS Phan VĩnhThịnh đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp này trong thờigian qua

Em cảm ơn đến lãnh đạo Trường Đại học Nha Trang, Phòng thí nghiệm khu CôngNghệ Cao, các Khoa Phòng ban chức năng đã giúp đỡ, tạo điều kiện trong suốt quá trìnhhọc tập và nghiên cứu đề tài

Em cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên, ủng hộ em trong suốt thời gianqua

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên, đề tàinày không thể tránh được những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp

ý kiến của các thầy cô để em có thêm kiến thức làm hành trang vững chắc trong tương lai

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

Nha trang, ngày 11 tháng 12 năm 2017

Sinh viên

ĐỖ NGỌC SƠN

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 5

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 7

1.2.3.1 Hoạt tính chống ung thư 7

1.2.3.2 Hoạt tính chống oxy hóa 8

1.2.3.3 Hoạt tính kháng viêm 9

1.2.3.4 Hoạt tính kháng virus, vi khuẩn, nấm và kí sinh trùng 10

1.3 Ứng dụng của curcumin 10

1.3.1 Ứng dụng trong thực phẩm 10

1.3.2 Ứng dụng trong dược phẩm và mỹ phẩm 10

1.4 Các phương pháp tách chiết 11

1.4.1 Cơ sở của quá trình tách chiết 11

1.4.2 Các phương pháp tách chiết 11

1.4.3 Một số phương pháp tách chiết khác 12

1.5 Sử dụng enzyme trong hỗ trợ chiết tách các hoạt chất sinh học từ thực vật 13

1.5.1 Các kết quả gần đây 14

1.5.2 Ứng dụng enzyme trong hỗ trợ chiết tách curcumin từ củ nghệ 14

1.5.3 Enzyme Cellulase 17

1.5.3.1 Cấu trúc 17

1.5.3.2 Tính chất 17

1.5.3.3 Nguồn gốc 18

1.5.3.4 Cơ chế xúc tác 18

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.1 Đối tượng nghiên cứu 20

2.2 Thiết bị - dụng cụ và hóa chất 20

2.2.1 Thiết bị - dụng cụ 20

2.2.2 Hóa chất 21

2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 21

2.4 Phương pháp nghiên cứu 25

2.4.1 Hàm lượng nước của củ nghệ và độ ẩm của mẫu nghệ nguyên liệu 25

2.4.2 Hàm lượng tro của củ nghệ 25

2.4.3 Phương pháp xác định hàm lượng curcuminoids tổng số 26

2.4.4 Phương pháp xác định hàm lượng carotenoid tổng số 26

2.4.5 Phương pháp xác định hiệu suất thu chiết xuất thô 26

2.4.6 Phương pháp phân lập 3 thành phần của curcuminoidss bằng sắc kí bản mỏng 27 2.4.7 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 27

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

3.1 Độ ẩm, hàm lượng tro (khoáng) 28

3.2 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch enzyme lên curcuminoids tổng số 28

3.3 Ảnh hưởng của thời gian ủ lên curcuminoids tổng số 29

3.4 Hiệu suất thu bột chiết curcuminoids thô 31

3.5 Kết tinh curcumin bằng ethanol 96% 32

3.6 Hàm lượng carotenoid tổng số 32

3.7 Sắc kí bản mỏng TLC 32

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

HEC : Hydroxyethyl cellulose

HAT : H- atom transfer

TLK : Trọng lượng khô

EtOH : ethanol

AcEt : Ethylacetat

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Cây nghệ vàng 2

Hình 1.2: Một số loài nghệ 2

Hình 1.3: Cấu trúc hóa học chung của curcuminoids 2

Hình 1.4: Các hợp chất curcuminoids 2

Hình 1.5: Các đồng phân của curcumin: (1) s-cis-diketone; (2) s-trans-diketone; (3) enol 2 Hình 1.6: Quá trình hình thành và di căn khối u và tác động của curcumin 2

Hình 1.7: Enzyme Cellulase 2

Hình 1.8: Quá trình phân giải Cellulose bằng enzyme Cellulase 2

Hình 2.1: Củ nghệ vàng 2

Hình 2.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2

Hình 2.3: Củ nghệ được gọt vỏ và bào sợi 2

Hình 2.4: Nghệ sau khi sấy khô và xay mịn 2

Hình 2.5: Dịch chiết carotenoid 2

Hình 2.6: Dịch chiết curcuminoids 2

Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ enzyme lên curcuminoids tổng số 2 Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hàm lượng curcuminoids vào thời gian ủ 2

Hình 3.3: Hình ảnh sắc kí bản mỏng 2

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của củ nghệ vàng khô 2

Bảng 1.2: Cấu trúc các thành phần của curcuminod [7] 2

Bảng 1.3: Tổng hợp các quy trình sử dụng enzyme cho quá trình tiền xử lý bột nghệ 2

Bảng 3.1: Độ ẩm, hàm lượng tro (khoáng) của nguyên liệu 2

Bảng 3.2: Hàm lượng curcuminoids tổng số ở các nồng độ dung dịch enzyme khác nhau 2 Bảng 3.3: Hàm lượng curcuminoids tổng số ở các thời gian lắc khác nhau 2

Bảng 3.4: Hiệu suất thu bột chiết curcuminoids ở các nồng độ dung dịch enzyme khác nhau 2

Bảng 3.5: Hiệu suất thu bột chiết curcuminoids ở các mức thời gian lắc (ủ) khác nhau 2

Bảng 3.6: Khối lượng curcumin thu được sau khi kết tinh 2

Bảng 3.7: Hàm lượng carotenoid tổng số 2

Bảng 3.8: Bảng tính hệ số di chuyển Rf 2

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Củ nghệ vàng (Curcuma longa L.) phổ biến ở các quốc gia vùng nhiệt đới như: Ấn

Độ, Madagascar, Indonesia, Việt Nam… Đây là loài cây hằng niên và rể củ có thể tái sinhchồi mới trong nhiều năm Ở Trung Quốc, nghệ được dùng làm thuốc bổ, giảm đau, cầmmáu và tăng cường chuyển hóa, trị loét dạ dày tá tràng Ở các nước Đông Nam Á, nghệđược xem là có tác dụng tốt cho hệ tiêu hóa, bổ máu, chữa vàng da và các bệnh gan khác

Trong củ nghệ có chứa hỗn hợp các curcuminoids có hoạt tính sinh học mạnh, baogồm: curcumin, DMC, BDMC, không có tính độc hại đối với con người ngay cả khi dùngvới liều lượng lớn Do đó, hiện nay nghệ và chiết xuất các curcuminoids còn được ứngdụng rộng rãi trong các ngành dược phẩm, thực phẩm, mỹ phẩm, đặc biệt trong các sảnphẩm chăm sóc da thiên nhiên: kem dưỡng da, kem trắng da, kem trị mụn, lotion chốngnắng, …

Curcumin là một hợp chất polyphenol tự nhiên có hoạt tính sinh học: chống oxihóa, kháng nấm, kháng khuẩn và khả năng ứng dụng cao trong y học, như: khả năngchống ung thư, chống viêm khớp, chống thoái hóa, chống thiếu máu cục bộ và khángviêm Trên thế giới, đã có các nghiên cứu về sử dụng curcumin trong điều trị ung thư, căn

bệnh thế kỷ HIV, bệnh Alzheimer, hội chứng mạch vành cấp tính (ACS) Ở nước ta, tuy

trữ lượng nghệ khá dồi dào, nhưng việc sản xuất curcumin và đặc biệt các sản phẩm từcurcumin vẫn còn hạn chế

Với điều kiện khí hậu nhiệt đới như ở Việt Nam, nghệ được trồng khắp cả nước,đặc biệt ở các tỉnh như Đắk Lắk, Đắk Nông, Quảng Nam, Nghệ An, … Nghệ phát triểntốt và cho sản lượng nghệ củ cao Do vậy, có thể nói Việt Nam có một nguồn nguyên liệudồi dào để sản xuất các chế phẩm curcumin có giá trị cao dùng trong công nghiệp thựcphẩm, dược phẩm và mỹ phẩm

Do đó tôi chọn thực hiện đề tài: “Thu nhận curcumin từ củ nghệ vàng Curcuma

longa L bằng phương pháp chiết Soxhlet” làm đồ án tốt nghiệp.

2 Mục tiêu

Thu nhận các curcuminoids từ củ nghệ vàng Curcuma longa L.

Ứng dụng curcumin từ củ nghệ vàng Curcuma longa L trong các sản phẩm chăm

sóc da

3 Nội dung nghiên cứu

Thu nhận curcumin từ củ nghệ vàng Curcuma longa L bằng phương pháp chiết

Soxhlet

Đánh giá một số đặc tính của dịch chiết: hàm lượng curcuminoids tổng số, hiệusuất thu bột chiết thô, thành phần các curcuminoids

Xác định các điều kiện chiết tối ưu

Đánh giá độ bền của dịch chiết curcuminoids trong các điều kiện bảo quản

4 Phương pháp nghiên cứu.

Sử dụng phương pháp chiết Soxhlet

Phương pháp xác định độ ẩm, hàm lượng tro (khoáng)

Phương pháp xác định curcuminoids tổng số

Phương pháp xác định carotenoids tổng số

Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)

Phương pháp sắc ký bảng mỏng (TLC)

5 Đối tượng nghiên cứu

Cây nghệ vàng (Curcuma longa L.) có nguồn gốc từ vùng nguyên liệu Đắk Lắk.

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Xác định các điều kiện tối ưu để trích ly curcumin từ củ nghệ

vàng

Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để thu nhận curcumin từ

củ nghệ vàng nhằm ứng dụng curcumin trong các sản phẩm chăm sóc da

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN1.1 Giới thiệu về cây nghệ vàng

1.1.1 Nguồn gốc, phân bố

(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]

Hình 1.3: Cấu trúc hóa học chung của curcuminoids

Bảng 1.2: Cấu trúc các thành phần của curcuminod [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

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

Curcumin không bền với ánh sáng, đặc biệt ở trạng thái dung dịch Curcumin bị phân hủy khi tiếp xúc với ánh sáng ngay cả ở dạng rắn Sản phẩm phân hủy là vanillin, vanillin acid, ferulic aldehyde và ferulic acid [7]

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 củaquá trình hình thành và phát triển khối u [9] 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 1.6: 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] [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, dạdày, 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]