Nghiên cứu tạo sản phẩm nano từ cao chiết vỏ quế

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ DIỄM KIỀU NGHIÊN CỨU TẠO SẢN PHẨM NANO TỪ CAO CHIẾT VỎ QUẾ Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 8520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2020 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Lê Thị Hồng Nhan TS Phan Nguyễn Quỳnh Anh Cán chấm nhận xét 1: TS Hồ Phương Cán chấm nhận xét 2: TS Hà Cẩm Anh Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày 14 tháng 09 năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS.TS Nguyễn Thị Phương Phong TS Hồ Phương TS Hà Cẩm Anh TS Nguyễn Đăng Khoa TS Lê Vũ Hà Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC GS.TS PHAN THANH SƠN NAM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ DIỄM KIỀU MSHV: 1870470 Ngày, tháng, năm sinh: 30/08/1995 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 8520301 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tạo sản phẩm nano từ cao chiết vỏ quế II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Chuẩn bị nguyên liệu khảo sát đặc tính  Nghiên cứu tạo hệ phân tán nano tính chất chúng  Tối ưu hóa yếu tố ảnh hưởng đến việc tạo hệ phân tán nano  Nghiên cứu tạo sản phẩm dạng bột (bằng phương pháp sấy phun)  Đánh giá khả tái phân tán hay độ hòa tan sản phẩm dạng bột  Đánh giá hoạt tính hệ phân tán sản phẩm dạng bột III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/08/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/06/2020 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS LÊ THỊ HỒNG NHAN TS PHAN NGUYỄN QUỲNH ANH TP HCM, ngày 24 tháng 09 năm 2020 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn trường Đại học Bách khoa, ĐHQG-HCM hỗ trợ thời gian phương tiện vật chất cho nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô môn Kỹ thuật Hóa Hữu Cơ, khoa Kỹ thuật Hóa Học, trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM truyền đạt cho kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt trình học tập trường Hơn nữa, xin cảm ơn cô Lê Thị Hồng Nhan Phan Nguyễn Quỳnh Anh tận tình bảo, hỗ trợ tạo điều kiện lợi cho tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin cảm ơn đến em Bùi Minh Đăng, Trần Thị Kim Nở, Võ Việt An Khang tất bạn làm việc phịng lab 209B2 ln đồng hành, hỡ trợ tơi hồn thành luận văn Cảm ơn tất bạn giúp đỡ, bên cạnh tơi vượt qua khó khăn chăm sóc cho mùa luận văn Con xin cảm ơn ba mẹ ủng hộ con, định nguồn động lực cho lúc khó khăn Con xin cảm ơn ba mẹ Và lời cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy cô thật nhiều sức khỏe thành công công việc Tp HCM, ngày 04 tháng 09 năm 2020 Người thực NGUYỄN THỊ DIỄM KIỀU ii TÓM TẮT Vỏ quế nhánh quế (Cinnamomum cassia) chiết nóng với ethanol thu cao chiết với hàm lượng polyphenol tổng khả kháng oxy hóa cao Tuy nhiên, cao chiết từ vỏ quế thể hoạt tính sinh học tốt nhánh với hàm lượng polyphenol tổng đạt 263,41 mgGAE/g cao thể hoạt tính kháng oxy hóa cao với giá trị IC50 2,83 μg/mL (ABTS) Bước đầu khảo sát điều kiện ảnh hưởng tới trình tạo hệ huyền phù Phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) kết hợp với mô hình lặp tâm (CCD) sử dụng nhằm tối ưu quy trình chuẩn bị hệ phân tán để đạt kích thước hạt nhỏ Kết nghiên cứu cho thấy điều kiện tạo hệ phân tán thích hợp: tỉ lệ cao chiết từ vỏ quế: lecithin 1: g/g; tốc độ đồng hóa 6600 vịng/phút thời gian đồng hóa 47 phút, đạt kích thước median hệ 0,466 μm (LDS) kích thước hạt 0,12 – 0,30μm (FE-SEM) với độ lặp lại độ tái lặp cao độ tương thích tốt quy mô sản xuất Sau tạo hệ phân tán, tiến hành phát triển sản phẩm nano từ cao chiết từ vỏ quế (huyền phù bột) với hàm lượng polyphenol tổng 234,784 ± 0,784 mgGAE/g cao 224,784 ± 1,569 mgGAE/g cao Điều cho thấy hiệu suất chuyển hóa cao quế thành sản phẩm trung gian cao (trên 80%) Khả kháng oxy hóa sản phẩm tăng với giá trị IC50 (dựa nồng độ cao quế) giảm từ 1,431 mg/L đến 1,263 mg/L huyền phù, 1,361 mg/L dạng bột Ngồi ra, thí nghiệm minh họa khả phân tán bột cho thấy cải thiện khả phân tán sản phẩm trung gian phát triển từ cao chiết từ vỏ quế Điều cho thấy kết mở rộng khả ứng dụng sản phẩm có nguồn gốc từ cao chiết từ vỏ quế iii ABSTRACT Ethanol cinnamon (Cinnamomum cassia) extracts (from bark and branches) ethanol were prepared However, cinnamon bark extract showed better biological activity with total phenolic content of 263.41 mgGAE/g extract and antioxidant capacity with IC50 value of 2.83 μg/mL by using ABTS methods The investigation on conditions affecting nanosuspension preparation from cinnamon extract was conducted Then response surface methodology (RSM) coupled up with central composite design (CCD) was employed to optimize the preparation for minimum particle size of the nanosuspension The results showed that the conditions for creating a dispersion were at cinnamon extract: lecithin ratio of 1: g/g; homogenization speed of 6600 rpm and homogenization time of 47 minutes At that condition, the median size of system reached 0,466 μm (LDS) and particle size of 0.12 – 0.30 μm (FE-SEM) with good repeatability and reproducibility as well as good compatibility in production scale Two nano products (suspension and powder) from the cinnamon extract were developed with total phenolic content of 234.784 ± 0.784 mgGAE/g extract and 224.784 ± 1.569 mgGAE/g extract, respectively, demonstrated high efficiency of the process transforming cinnamon extracts into different products (over 80%) Antioxidant activity of the products was enhanced with IC50 value (based on extract concentration) reducing from 1.431 mg/L to 1.263 mg/L in suspension, and 1.361 mg/L in powder form The illustration of the powder dispersity also showed an improvement in dispersibility in water of cinnamon extract when innovated from crude material to intermediate products The results expand the boundary of cinnamon derivative product in the field of applications iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi cộng hướng dẫn khoa học PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan TS Phan Nguyễn Quỳnh Anh Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu, hình ảnh phục vụ cho việc phân tích, so sánh, đánh giá kết tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngồi ra, luận văn cịn có sử dụng số nhận xét, đánh số liệu số tác giả khác có trích dẫn ghi rõ phần tài liệu tham khảo Nếu phát có gian lận tơi xin chịu trách nhiệm hồn tồn luận văn Trường đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây trình thực TP.HCM, ngày 14 tháng 09 năm 2020 NGUYỄN THỊ DIỄM KIỀU v MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv LỜI CAM ĐOAN v MỤC LỤC vi DANH MỤC HÌNH ix DANH MỤC BẢNG xi DANH MỤC PHỤ LỤC xii DANH MỤC VIẾT TẮT xiii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÂY QUẾ 1.1.1 Danh pháp, mô tả, phân bố 1.1.2 Thành phần hóa học 1.2 HOẠT TÍNH SINH HỌC VÀ ỨNG DỤNG CỦA QUẾ 1.3 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NANO, NANO CAO QUẾ 11 1.3.1 Khái quát công nghệ nano 11 1.3.2 Tính chất vật liệu nano 12 1.3.3 Các dạng cấu trúc vật liệu nano hữu 13 1.3.4 Các phương pháp tạo hệ nano 15 1.3.5 Các cơng trình nghiên cứu 17 vi CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 20 2.1 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 20 2.2 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ 20 2.2.1 Dụng cụ 20 2.2.2 Hóa chất 21 2.2.3 Thiết bị 21 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.3.1 Phương pháp đo độ ẩm 22 2.3.2 Phương pháp thu cao tổng 22 2.3.3 Phương pháp xác định hàm lượng polyphenol tổng 23 2.3.4 Phương pháp xác định phân bố kích thước hạt hệ phân tán 25 2.3.5 Phương pháp xác định phân bố hình thái hệ phân tán (FE - SEM) 25 2.3.6 Đánh giá khả kháng oxy hóa phương pháp ABTS 25 2.4 NỘI DUNG THỰC NGHIỆM 28 2.4.1 Chuẩn bị nguyên liệu thô cao chiết 28 2.4.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình tạo hệ phân tán cao chiết vỏ quế 29 2.4.3 Tối ưu hóa quy trình 31 2.4.4 Phát triển sản phẩm 32 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 35 3.1 CHUẨN BỊ VÀ ĐÁNH GIÁ NGUYÊN LIỆU 35 3.1.1 Nguyên liệu thô 35 3.1.2 Dịch chiết 36 3.1.3 Cao chiết 37 vii 3.1.4 Lựa chọn nguyên liệu để tạo hệ phân tán quế 39 3.2 NGHIÊN CỨU TẠO HỆ PHÂN TÁN CAO CHIẾT TỪ VỎ QUẾ 41 3.2.1 Ảnh hưởng tỉ lệ cao chiết chất hoạt động bề mặt 41 3.2.2 Ảnh hưởng tốc độ đồng hóa 43 3.2.3 Ảnh hưởng thời gian đồng hóa 44 3.2.4 Ảnh hưởng nồng độ cao chiết 46 3.2.5 Kết luận 47 3.3 TỐI ƯU HĨA Q TRÌNH ĐỒNG HĨA CAO CHIẾT 48 3.3.1 Điều kiện tối ưu hóa 48 3.3.2 Ý nghĩa mơ hình 56 3.3.3 Hiệu mơ hình 58 3.4 PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM 61 3.4.1 Hệ phân tán cao chiết từ cao chiết vỏ quế 61 3.4.2 Sản phẩm dạng bột từ hệ huyền phù 62 3.5 ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM 64 3.5.1 Đặc tính chung 64 3.5.2 Hoạt tính sinh học 66 3.5.3 Đánh giá khả tái phân tán 68 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC 79 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 90 viii 32 Ranjan, S., et al., Nanoscience and nanotechnologies in food industries: opportunities and research trends Journal of nanoparticle research, 2014 16(6): p 2464 33 Royal, S.a.E.R.A.o.E., Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties 2004 34 Liu, P., et al., Nanosuspensions of poorly soluble drugs: Preparation and development by wet milling Int J Pharm, 2011 411: p 215-22 35 Müller, R.H., S Gohla, and C.M Keck, State of the art of nanocrystals – Special features, production, nanotoxicology aspects and intracellular delivery European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2011 78(1): p 1-9 36 Shegokar, R and R.H Müller, Nanocrystals: Industrially feasible multifunctional formulation technology for poorly soluble actives International Journal of Pharmaceutics, 2010 399(1): p 129-139 37 Khiêm, M.H., Giáo trình Hóa keo Trường Đại học Bách Khoa TpHCM, 1985 38 Keck, C.M and R.H Müller, Drug nanocrystals of poorly soluble drugs produced by high pressure homogenisation European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2006 62(1): p 3-16 39 Maravajhala, V., S Papishetty, and S Bandlapalli, Nanotechnology in development of drug delivery system International Journal of Pharmaceutical Sciences and Research, 2012 3(1): p 84 40 Vitorino, C., et al., The size of solid lipid nanoparticles: an interpretation from experimental design Colloids and surfaces B: biointerfaces, 2011 84(1): p 117130 41 Ochekpe, N.A., P.O Olorunfemi, and N.C Ngwuluka, Nanotechnology and drug delivery part 2: nanostructures for drug delivery Tropical Journal of Pharmaceutical Research, 2009 8(3) 42 Kesharwani, P., K Jain, and N.K Jain, Dendrimer as nanocarrier for drug delivery Progress in Polymer Science, 2014 39(2): p 268-307 76 43 Junghanns, J.-U.A and R.H Müller, Nanocrystal technology, drug delivery and clinical applications International journal of nanomedicine, 2008 3(3): p 295 44 Webster, J.G., Encyclopedia of medical devices and instrumentation 1990: John Wiley & Sons, Inc 45 Singare, D.S., et al., Optimization of formulation and process variable of nanosuspension: an industrial perspective International journal of pharmaceutics, 2010 402(1-2): p 213-220 46 Gupta, R.B and U.B Kompella, Nanoparticle technology for drug delivery 2006 47 Wang, P., et al., Ginkgolides-loaded soybean phospholipid-stabilized nanosuspension with improved storage stability and in vivo bioavailability Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2019 181: p 910-917 48 Wu, L., J Zhang, and W Watanabe, Physical and chemical stability of drug nanoparticles Advanced drug delivery reviews, 2011 63(6): p 456-469 49 Ghaderi-Ghahfarokhi, M., et al., Chitosan-cinnamon essential oil nanoformulation: Application as a novel additive for controlled release and shelf life extension of beef patties International Journal of Biological Macromolecules, 2017 102: p 19-28 50 Muhammad, D.R.A., et al., Stability and functionality of xanthan gum–shellac nanoparticles for the encapsulation of cinnamon bark extract Food Hydrocolloids, 2020 100: p 105377 51 Patel, V.R and Y Agrawal, Nanosuspension: An approach to enhance solubility of drugs Journal of advanced pharmaceutical technology & research, 2011 2(2): p 81 52 Nangare, K., et al., Therapeutics Applications of Nanosuspension in Topical/Mucosal Drug Delivery Journal of Nanomedicine Research, 2018 7(1): p 170 53 Lee, M.K., et al., Cryoprotectants for freeze drying of drug nano-suspensions: effect of freezing rate Journal of pharmaceutical sciences, 2009 98(12): p 4808-4817 77 54 Santiago-Adame, R., et al., Spray drying-microencapsulation of cinnamon infusions (Cinnamomum zeylanicum) with maltodextrin LWT-Food Science and Technology, 2015 64(2): p 571-577 55 Le, N.T.T., et al., Recent progress and advances of multi-stimuli-responsive dendrimers in drug delivery for cancer treatment Pharmaceutics, 2019 11(11): p 591 56 Sansone, F., et al., Maltodextrin/pectin microparticles by spray drying as carrier for nutraceutical extracts Journal of Food Engineering, 2011 105(3): p 468-476 57 Du, J., et al., Comparison of the efficiency of five different drying carriers on the spray drying of persimmon pulp powders Drying Technology, 2014 32(10): p 1157-1166 78 PHỤ LỤC Phụ lục Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ cao chiết vỏ quế: lecithin (g/g) đến phân bố kích thước hạt 1:0 1:0,1 1:0,5 1:1 1:1,5 1:2 1:5 1:10 79 Phụ lục Kết khảo sát ảnh hưởng tốc độ đồng hóa (vịng/phút) đến phân bố kích thước hạt 3500 vòng/phút 6500 vòng/phút 10000 vòng/phút 13000 vòng/phút 80 16000 vòng/phút Phụ lục Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đồng hóa (phút) đến phân bố kích thước hạt 20 phút 40 phút 60 phút 81 Phụ lục Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ cao chiết vỏ quế (g/L) đến phân bố kích thước hạt 0,5 g/L 1,0 g/L 2,0 g/L 5,0 g/L 82 Phụ lục Kết thí nghiệm ma trận thí nghiệm tối ưu hóa Thí nghiệm Thí nghiệm Thí nghiệm Thí nghiệm Thí nghiệm 83 Thí nghiệm Thí nghiệm Thí nghiệm Thí nghiệm Thí nghiệm 10 Thí nghiệm 11 84 Thí nghiệm 12 Thí nghiệm 13 Thí nghiệm 14 Thí nghiệm 15 Thí nghiệm 16 85 Phụ lục Kết thí nghiệm kiểm tra độ lặp lại 86 Phụ lục Kết kiểm tra độ tái lặp Mẫu Mẫu Phụ lục Kết thí nghiệm nâng cao quy mơ với cánh khuấy nhỏ x1 x2 x5 87 Phụ lục Kết thí nghiệm nâng cao quy mơ với cánh khuấy lớn x1 x2 x5 88 Phụ lục 10 Kết chụp FE - SEM 89 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: NGUYỄN THỊ DIỄM KIỀU Ngày, tháng, năm sinh: 30/08/1995 Nơi sinh: Phú Yên Địa liên lạc: thôn Cảnh Phước, xã Hịa Tân Đơng, huyện Đơng Hịa, tỉnh Phú Yên QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 09/2014 – 11/2018 : Học ngành Kỹ thuật hóa học Trường đại học Bách Khoa – ĐHQG HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC 08/2018 – 10/2019 : Làm việc Công ty TNHH Macro Polymers Việt Nam 11/2020 – 07/2020 : Tham gia nghiên cứu phịng thí nghiệm Kỹ thuật hóa Hữu cơ, trường đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM 90 ... cinnamaldehyde cao quế để phát triển ứng dụng quế vào dược phẩm Trong đề tài này, nghiên cứu tiến hành thơng qua việc nghiên cứu quy trình chế tạo khảo sát tính chất sản phẩm nano từ cao chiết vỏ quế Để... 3.15 Điều kiện tối ưu để tạo hệ phân tán từ cao chiết vỏ quế 62 Bảng 3.16 Đánh giá sản phẩm từ cao quế 65 Bảng 3.17 Hoạt tính sinh học dạng sản phẩm từ vỏ quế 67 xi DANH MỤC... thành sản phẩm dạng bột đánh giá tính chất chúng Với mục tiêu nêu trên, đề tài ? ?Nghiên cứu tạo sản phẩm nano từ cao chiết vỏ quế? ?? thực với nội dung xây dựng tối ưu qui trình tạo hệ phân tán cao chiết