MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Từ lâu curcumin, một thành phần hóa học chính của củ nghệ, đã được biết đến như là một hoạt chất có nguồn gốc từ thực vật đóng vai trò quan trọng trong nền công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm. Nghệ là một trong những loại cây rất phổ biến đã được sử dụng cách đây gần 4000 năm, bắt nguồn từ văn hóa AyerVeda tại Ấn Độ nó được thêm vào hầu hết các món ăn dù đó là thịt hay rau. Ngày nay nghệ là nguồn chất quý, có giá trị kinh tế cao. Chính vì vậy, việc nghiên cứu chiết tách xác định thành phần hóa học và xác định cấu trúc của hợp chất được tách ra từ củ nghệ có ý nghĩa vô cùng quan trọng và cần thiết. Nhiều công trình nghiên cứu ở các nước trên thế giới đã chứng minh rằng curcumin có hoạt tính sinh học cao như bảo vệ gan, giảm đau, kháng ung thư, kháng loét, kháng nấm, kháng khuẩn, chống oxy hóa [17],[35]. Do hoạt tính sinh học quý giá của chất curcumin nên việc nghiên cứu chiết tách, xác định thành phần hóa học, xác định cấu trúc và sử dụng curcumin đang được các tác giả nhiều nước tiếp tục nghiên cứu sâu hơn. Trong đó chưa có công trình nghiên cứu nào nghiên cứu sâu sắc về thân rễ cây nghệ Lào kể cả việc phân lập và xác định cấu trúc của chất curcumin trong củ nghệ Lào. Do tầm quan trọng và ứng dụng của chất curcumin về nhiều mặt, việc nghiên cứu, phân lập và xác định cấu trúc của curcumin trong củ nghệ Lào có ý nghĩa quan trọng khoa học, cũng như thực tiễn ứng dụng các loại nghệ Lào. Mặt khác, việc nghiên cứu này cũng nhằm để giúp ngành nông nghiệp và công nghiệp của Lào chủ động được việc phát triển giống nghệ, nguồn nguyên liệu curcumin trong nước, giúp người dân hiểu sâu sắc về tầm quan trọng của cây và giải quyết việc làm cho người dân, phát triển kinh tế bền vững cho địa bàn tỉnh Champasack Lào và cũng như địa bàn bốn tỉnh miền Nam Lào. Với hy vọng có thể góp một phần nhỏ vào việc giải quyết vấn đề trên, tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu chiết tách và xác định thành phần hóa học trong thân rễ của ba loại nghệ : nghệ vàng (Curcuma longa Linn.), nghệ đen (Curcuma aeruginosa Roxb.) và nghệ trắng (Curcuma mangga Valeton & Zijp.) thu hái tại tỉnh Champasack, Lào” để thực hiện nội dung luận án tiến sĩ. 2. Mục đích nghiên cứu - Xây dựng quy trình chiết tách, xác định thành phần hóa học của các loại nghệ Champasack, Lào bằng các phương pháp khác nhau; - Xác định hàm lượng curcumin trong một số loại nghệ Lào; - Phân lập, xác định cấu trúc curcumin bằng phương pháp phổ. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu - Thân rễ cây nghệ vàng (Curcuma longa Linn.), thân rễ cây nghệ đen (Curcuma aeruginosa Roxb.) và thân rễ cây nghệ trắng (Curcuma mangga Valeton & Zijp.) thu hái tại tỉnh Champasack, Lào. * Phạm vi nghiên cứu - Xác định một số chỉ tiêu hóa lý của nguyên liệu như độ ẩm, hàm lượng tro, thành phần và hàm lượng kim loại nặng; - Chiết tách tinh dầu thân rễ nghệ vàng Lào, nghệ đen Lào và nghệ trắng Lào bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước; - Xác định các hằng số vật lý và chỉ số hóa học của tinh dầu thân rễ nghệ vàng Lào, nghệ đen Lào và nghệ trắng Lào; - Chiết tách các cấu tử hữu cơ trong bột nghệ vàng Lào, bột nghệ đen Lào và bột nghệ trắng Lào với dung môi n-hexane, dichloromethane, ethyl acetate và methanol. - Chiết tách các curcumin trong bột nghệ vàng với dung dịch KOH. - Phân lập và xác định cấu trúc curcumin từ tinh thể phẩm màu từ nghệ vàng.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG SESAVANH MENVILAY NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH VÀ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC TRONG THÂN RỄ CỦA BA LOẠI NGHỆ: NGHỆ VÀNG (CURCUMA LONGA LINN.), NGHỆ ĐEN (CURCUMA AERUGINOSA ROXB.) VÀ NGHỆ TRẮNG (CURCUMA MANGGA VALETON & ZIJP.) THU HÁI TẠI TỈNH CHAMPASACK, LÀO LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Đà Nẵng - Năm 2019 ii MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH xi MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận án CHƢƠNG TỔNG QUAN Giới thiệu thực vật chi Curcuma, họ gừng 1.1 Tìm hiểu chi Curcuma họ gừng 1.2 Đặc điểm thực vật, phân bố thành phần hóa học số loại nghệ 1.2.1 Curcuma aromatica Salisb 1.2.2 Curcuma longa Linn 1.2.3 Curcumina zedoaria Roscoe 1.2.4 Curcuma xanthorhiza Roxb 11 1.2.5 Curcuma aeruginosa Roxb 12 1.2.6 Curcuma elata Roxb 13 1.2.7 Curcuma pierreana Gagnep 14 1.2.8 Curcuma cochinchinnenis Gagnep 15 iii 1.2.9 Curcuma sp aff rubescens 15 Một số loại nghệ có Lào 16 1.3.1 Curcuma longa Linn (Nghệ vàng) 17 1.3.2 Curcuma aeruginosa Roxb (Nghệ đen) 18 1.3.3 Curcuma mangga Valeton & Zijp (Nghệ trắng) 18 1.3.4 Curcuma aromatica (Nghệ trắng) 19 1.3 1.4 Công dụng số loại chi nghệ Curcuma 20 1.5 Lịch sử nghiên cứu nghệ 22 1.6 Lịch sử nghiên cứu cấu trúc curcumin 27 1.6.1 Cấu tạo curcumin 28 1.6.2 Tính chất vật lý curcumin 29 1.6.3 Tính chất hóa học curcumin 30 1.6.4 Các hoạt tính sinh học curcumin 32 1.7 Ứng dụng curcumin 34 1.7.1 Trong ngành y 34 1.7.2 Trong công nghiệp 34 1.7.3 Một số thuốc dân gian sử dụng sống 35 1.7.4 Nano Curcumin 37 CHƢƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 2.1 Nguyên liệu 40 2.2 Phương pháp nghiên cứu 42 2.2.1 Phương pháp phân tích khối lượng 42 2.2.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 43 2.2.3 Phương pháp định danh thành phần hóa học sắc ký khí ghép khối 44 phổ (SKK-KP) 2.2.4 Các phương pháp nghiên cứu tinh dầu 44 2.2.5 Các phương pháp nghiên cứu dịch chiết hữu 49 2.2.6 Chiết tách curcumin dung dịch KOH 51 2.2.7 Phân lập xác định công thức cấu tọa curcumin 52 iv CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết khảo sát số tiêu hóa lý 53 53 3.1.1 Xác định độ ẩm, hàm lượng tro loại nghệ Lào 53 3.1.2 Xác định hàm lượng kim loại nặng 53 3.2 Kết nghiên cứu tinh dầu nghệ Lào 54 3.2.1 Chưng cất lôi theo nước 54 3.2.2 Đánh giá cảm quan tinh dầu thân rễ nghệ Lào 55 3.2.3 Kết xác định thơng số hóa lý tinh dầu nghệ vàng, nghệ đen nghệ 55 trắng Lào 3.3 Xác định thành phần hóa học tinh dầu loại nghệ Lào 56 3.3.1 Thành phần hoá học tinh dầu nghệ vàng 56 3.3.2 Thành phần hoá học tinh dầu nghệ đen 58 3.3.3 Thành phần hoá học tinh dầu nghệ trắng 60 3.3.4 So sánh thành phần hàm lượng tinh dầu loại nghệ Lào với 65 tinh dầu loại nghệ nước 3.4 Thành phần hóa học dịch chiết n-hexane nghệ Lào 74 3.4.1 Thành phần hoá học dịch chiết n- hexane nghệ vàng 74 3.4.2 Thành phần hoá học dịch chiết n-hexane nghệ đen 76 3.4.3 Thành phần hoá học dịch chiết n-hexane nghệ trắng 78 3.5 Thành phần hóa học dịch chiết dichloromethane nghệ Lào 84 3.5.1 Thành phần hoá học dịch chiết dichloromethane nghệ vàng 84 3.5.2 Thành phần hoá học dịch chiết dichloromethane nghệ đen 86 3.5.3 Thành phần hoá học dịch chiết dichloromethane nghệ trắng 89 3.6 Thành phần hóa học dịch chiết ethyl acetate nghệ Lào 95 3.6.1 Thành phần hoá học dịch chiết ethyl acetate nghệ vàng 95 3.6.2 Thành phần hoá học dịch chiết ethyl acetate nghệ đen 97 3.6.3 Thành phần hoá học dịch chiết ethyl acetate nghệ trắng 99 3.7 Thành phần hóa học dịch chiết methanol nghệ Lào 3.7.1 Thành phần hoá học dịch chiết methanol nghệ vàng 104 104 v 3.7.2 Thành phần hoá học dịch chiết methanol nghệ đen 106 3.7.3 Thành phần hoá học dịch chiết methanol nghệ trắng 108 3.8 Kết chiết tách, xác định cấu trúc curcumin phương pháp kiềm 113 hóa 3.8.1 Ảnh hưởng số yếu tố đến hiệu chiết tách curcumin 3.9 Kết phân lập xác định cấu trúc curcumin từ nghệ vàng 113 116 3.9.1 Kết tinh thu phẩm màu 116 3.9.2 Định danh định lượng chất màu 116 3.9.3 Phân lập xác định công thức cấu tạo curcumin 118 KẾT LUẬN 122 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 124 KIẾN NGHỊ 124 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AAS Quang phổ hấp thụ nguyên tử BYT Bộ Y tế BDMC Bisdemethoxycurcumin 13 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon C-NMR C Curcuma COSY Correlated Spectroscopy DMC Demethoxycurcumin DEPT Distortionless Enhancement by Polarisation transfer d Doublet ESI-MS phổ khối ion hóa bụi electron EtOH Ethanol EtOAc Ethyl acetate EsTB Ester trung bình GC Sắc ký khí GC-MS Sắc ký khí ghép khối phổi HPLC Sắc ký lỏng hiệu cao HR-ESI-MS phổ khối có độ phân giải cao HMBC Heteronuclear Multiple Bond Correlation HSQC Heteronuclear Single Quantum Coherence Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton H- NMR IR Phổ hồng ngoại J(Hz) Hằng số tương tác (NMR) KHCN Khoa học công nghệ MS Phổ khối MHz Megahertz NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân vii NXB Nhà xuất ppm Phần triệu (Parts per million) R/L Rắn/Lỏng Rt Thời gian lưu Rf Yếu tố lưu giữ ( hệ số di chuyển )( Retention factor) SKLM Sắc ký lớp mỏng SKC Sắc ký cột s Singlet (NMR) TLC Sắc ký mỏng TB Trung bình TPHH Thành phần hóa học TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam UV-Vis Phổ hấp thụ phân tử ppm Độ dịch chuyển hóa học viii DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Ký Trang hiệu 3.1 Kết khảo sát độ ẩm, hàm lượng tro thân rễ loại nghệ Lào 53 3.2 Hàm lượng số kim loại nặng loại bột nghệ Lào 54 3.3 Thể tích hàm lượng tinh dầu loại nghệ Lào 54 3.4 Đánh giá cảm quan tinh dầu nghệ vàng, nghệ đen nghệ trắng 55 Lào 3.5 Kết xác định thơng số hóa lý tinh dầu nghệ vàng, nghệ đen 56 nghệ trắng Lào 3.6 Thành phần hóa học tinh dầu nghệ vàng Lào 57 3.7 Thành phần hóa học tinh dầu nghệ đen Lào 58 3.8 Thành phần hóa học tinh dầu nghệ trắng Lào 60 3.9 Thành phần định danh tinh dầu loại nghệ Lào 62 3.10 So sánh thành phần hàm lượng tinh dầu thân rễ nghệ vàng 65 Champasack, Lào với tinh dầu thân rễ nghệ vàng Kon Tum, Việt Nam 3.11 So sánh thành phần hàm lượng tinh dầu thân rễ nghệ đen 67 Champasack Lào với tinh dầu thân rễ nghệ xanh (nghệ đen) Hướng Hóa – Quảng trị số loại nghệ nước công bố 3.12 So sánh thành phần hàm lượng tinh dầu thân rễ nghệ 71 trắng Champasack, Lào với tinh dầu thân rễ nghệ trắng Malaysia 3.13 Hàm lượng dịch chiết nghệ vàng dung môi n-hexane 74 3.14 Thành phần hóa học dịch chiết n-hexane nghệ vàng Lào 75 3.15 Hàm lượng dịch chiết nghệ đen dung mơi n-hexane 76 3.16 Thành phần hóa học dịch chiết n-hexane nghệ đen Lào 77 3.17 Hàm lượng dịch chiết nghệ trắng dung môi n-hexane 78 3.18 Thành phần hóa học dịch chiết n-hexane nghệ trắng Lào 79 ix 3.19 Thành phần định danh dịch chiết n-hexane loại nghệ Lào 81 3.20 Hàm lượng dịch chiết nghệ vàng dung môi dichloromethane 84 3.21 Thành phần hóa học dịch chiết dichloromethane nghệ vàng Lào 85 3.22 Hàm lượng dịch chiết nghệ đen dung mơi dichloromethane 87 3.23 Thành phần hóa học dịch chiết dichloromethane nghệ đen Lào 87 3.24 Hàm lượng dịch chiết nghệ trắng dung môi dichloromethane 89 3.25 Thành phần hóa học dịch chiết dichloromethane nghệ trắng 90 Lào 3.26 Thành phần định danh dịch chiết dichloromethane loại 91 nghệ Lào 3.27 Hàm lượng dịch chiết nghệ vàng dung môi ethyl acetate 95 3.28 Thành phần hóa học dịch chiết ethyl acetate nhệ vàng Lào 96 3.29 Hàm lượng dịch chiết nghệ đen dung mơi ethyl acetate 97 3.30 Thành phần hóa học dịch chiết ethyl acetate nghệ đen Lào 97 3.31 Hàm lượng dịch chiết nghệ trắng dung môi ethyl acetate 99 3.32 Thành phần hóa học dịch chiết ethyl acetate nghệ trắng Lào 100 3.33 Thành phần định danh dịch chiết ethyl acetate loại nghệ 101` 3.34 Hàm lượng dịch chiết nghệ vàng dung môi methanol 104 3.35 Thành phần hóa học dịch chiết methanol nghệ vàng Lào 105 3.36 Hàm lượng dịch chiết nghệ đen dung mơi methanol 106 3.37 Thành phần hóa học dịch chiết methanol nghệ đen Lào 106 3.38 Hàm lượng dịch chiết nghệ trắng dung môi methanol 108 3.39 Thành phần hóa học dịch chiết methanol nghệ trắng Lào 109 3.40 Thành phần định danh dịch chiết methanol loại nghệ Lào 110 3.41 Kết biến đổi giá trị mật độ quang theo thời gian 113 3.42 Kết thay đổi giá trị mật độ quang theo nồng độ KOH 114 3.43 Ảnh hưởng tỷ lệ rắn/lỏng đến mật độ quang 115 3.44 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ chiết đến mật độ quang 115 x 3.45 Kết định lượng curcumin HPLC 118 3.46 Phân tích phổ hồng ngoại (IR) chất M1 119 3.47 Phổ 1H-NMR (MeOD, 500 MHz) chất M1 120 3.48 Phổ 13C-NMR (MeOD, 125MHZ)của chất M1 121 Hình 15 Sắc ký đồ GC thành phần hóa học dịch chiết methanol nghệ trắng Lào Lào Phụ lục Phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1H-NMR, 13C-NMR, COSY, DEPT phổ khối (MS) chất M1 Hình Phổ hồng ngoại (IR), chất M1 Demethoxycurcumin (C20H18O5) Hình Phổ 13C-NMR (MeOD, 125 MHZ) chất M1 Demethoxycurcumin (C20H18O5) Hình Phổ 13C-NMR (MeOD, 125 MHz) chất M1 Hình Phổ MeOD-COSY chất M1 Hình Phổ MeOD-COSY chất M1 Hình Phổ 13C-NMR MeOD) & DEPT chất M1 Hình Phổ 13C-NMR (MeOD) & DEPT chất M1 Hình Phổ1H-NMR ( MeOD, 500 MHz ) chất M1 Hình Phổ 1H-NMR (MeOD, 500 MHz) chất M1 Hình 10 Phổ 1H-NMR (MeOD, 500 MHz) chất M1 Hình 11 Phổ khối (MS) chất M1 (Demethoxycurcumin) ... trắng Lào 3.3 Xác định thành phần hóa học tinh dầu loại nghệ Lào 56 3.3.1 Thành phần hoá học tinh dầu nghệ vàng 56 3.3.2 Thành phần hoá học tinh dầu nghệ đen 58 3.3.3 Thành phần hoá học tinh dầu... tỉnh miền Nam Lào Với hy vọng góp phần nhỏ vào việc giải vấn đề trên, chọn đề tài Nghiên cứu chiết tách xác định thành phần hóa học thân rễ ba loại nghệ : nghệ vàng (Curcuma longa Linn.), nghệ... oxy hóa [17],[35] Do hoạt tính sinh học quý giá chất curcumin nên việc nghiên cứu chiết tách, xác định thành phần hóa học, xác định cấu trúc sử dụng curcumin tác giả nhiều nước tiếp tục nghiên cứu