Nghiên cứu chế tạo, xác định hình thái, cấu trúc, tính chất các hệ nano chứa một số hợp chất lycopen, resveratrol và pycnogenol 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - HỒ THỊ OANH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, XÁC ĐỊNH HÌNH THÁI, CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT CÁC HỆ NANO CHỨA MỘT SỐ HỢP CHẤT LYCOPEN, RESVERATROL VÀ PYCNOGENOL Chuyên ngành: Hóa hữu Mã số: 44 01 14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội – 2021 LỜI CẢM ƠN Trong q trình nghiên cứu hồn thành luận án, nhận nhiều giúp đỡ quý báu thầy cô giáo, nhà khoa học thuộc nhiều lĩnh vực đồng nghiệp bạn bè Với lịng kính trọng biết ơn, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Hoàng Mai Hà TS Đặng Thị Tuyết Anh ln tận tình hướng dẫn, góp ý, bảo, động viên tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hóa học, tập thể cán nghiên cứu phịng Vật liệu tiên tiến, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam ủng hộ, tạo điều kiện thuận lợi giúp thực hồn thành luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Khoa học Công nghệ, phận đào tạo Học viện đào tạo giúp tơi trau dồi nhiều kiến thức để hồn thành tốt luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Tập đồn Vingroup- Cơng ty CP chương trình học bổng đào tạo thạc sĩ, tiến sĩ nước Quỹ Đổi sáng tạo Vingroup (VINIF), Viện Nghiên cứu Dữ liệu lớn (VinBigdata) cấp học bổng cho trình thực luận án tơi Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân bạn bè quan tâm, động viên giúp đỡ suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà nội, ngày tháng Tác giả luận án Hồ Thị Oanh năm 2021 i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii MỞ ĐẦU * Mục tiêu luận án: * Những nội dung nghiên cứu luận án: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đối tượng nghiên cứu 1.1.1 Hợp chất lycopen từ trái gấc 1.1.1.1 Cấu trúc tính chất hóa lý lycopen 1.1.1.2 Ưu điểm hạn chế lycopen 1.1.1.3 Tình hình nghiên cứu nước chiết tách lycopen từ gấc 1.1.2 Hợp chất resveratrol từ cốt khí củ 1.1.2.1 Cấu trúc tính chất hóa lý 11 1.1.2.2 Tác dụng resveratrol sức khỏe 12 1.1.2.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước chiết tách resveratrol từ cốt khí củ 13 1.1.3 Pycnogenol từ thông đỏ 15 1.1.3.1 Cấu trúc tính chất hóa lý 15 1.1.3.2 Tác dụng pycnogenol sức khỏe 16 1.2 Tổng quan phương pháp nghiên cứu 17 1.2.1 Khái quát công nghệ nano vật liệu nano 17 1.2.2 Công nghệ chế tạo vật liệu nano số hợp chất có hoạt tính sinh học 18 1.2.3 Một số dạng nano hợp chất có hoạt tính sinh học 19 1.2.3.1 Dạng hạt nano 19 1.2.3.2 Dạng nhũ tương nano 20 1.2.3.3 Dạng vi nhũ tương 21 1.2.3.4 Liposome 21 ii 1.2.3.5 Dạng micel 22 1.2.3.6 Dạng hạt nano lipid rắn/chất mang nano dạng chất mang lipid cấu trúc nano 22 1.2.4 Nano lycopen 23 1.2.4.1 Giới thiệu nano lycopen 23 1.2.4.2 Ứng dụng nano lycopen 24 1.2.5 Nano resveratrol 25 1.2.5.1 Giới thiệu nano resveratrol 25 1.2.5.2 Ứng dụng nano resveratrol 25 1.3 Tình hình nghiên cứu nước giới hệ nano chứa số hợp chất lycopen, resveratrol pycnogenol 26 1.3.1 Tình hình nghiên cứu nước giới nano lycopen 26 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước giới nano resveratrol 28 1.3.3 Tình hình nghiên cứu giới hệ lycopen/resveratrol hệ lycopen/pycnogenol 28 1.3.4 Một số thực phẩm chức có liên quan đến hướng nghiên cứu luận án 31 CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 34 2.1 Đối tượng nghiên cứu 34 2.1.1 Nguyên vật liệu hóa chất 34 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 36 2.2 Thực nghiệm 37 2.2.1 Nghiên cứu chiết tách hợp chất tự nhiên lycopen resveratrol sử dụng làm nguyên liệu cho trình chế tạo dạng hạt nano chúng 37 2.2.1.1 Chiết tách, tinh chế bảo quản lycopen từ gấc 37 2.2.1.2 Nghiên cứu trình chiết tách tinh chế resveratrol từ rễ cốt khí củ 40 2.2.2 Tổng hợp copolymer PLA-PEG sử dụng làm chất bao bọc vi nang cho trình chế tạo hệ nano chứa lycopen 41 2.2.3 Nghiên cứu chế tạo hệ nano chứa số hợp chất lycopen, resveratrol pycnogenol 42 2.2.3.1 Chế tạo nano lycopen nano resveratrol 42 2.2.3.2 Chế tạo hệ nano tổ hợp chứa lycopen 44 iii 2.2.4 Nghiên cứu phương pháp tạo bột nano 46 2.2.4.1 Phương pháp sấy phun 46 2.2.4.2 Phương pháp đông khô 47 2.2.5 Các phương pháp phân tích định lượng 48 2.2.5.1 Định lượng lycopen resveratrol phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao HPLC 48 2.2.5.2 Định lượng hợp chất quang phổ hấp thụ UV-Vis .49 2.2.6 Đánh giá độ bền hạt nano 50 2.2.6.1 Khảo sát biến đổi hàm lượng hợp chất hạt nano 50 2.2.6.2 Nghiên cứu biến đổi hình thái hạt nano 51 2.2.7 Các phương pháp phân tích cấu trúc tính chất vật liệu 51 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53 3.1 Kết chiết tách lycopen, resveratrol tổng hợp copolymer PLA-PEG, sử dụng làm nguồn nguyên liệu cho trình chế tạo hệ nano .53 3.1.1 Chiết tách lycopen từ màng gấc 53 3.1.1.1 Xác định nhiệt độ thời gian thích hợp cho q trình sấy màng gấc 53 3.1.1.2 Xác định dung môi hữu phù hợp để chiết lycopen từ màng gấc khô phương pháp Soxhlet 56 3.1.1.3 Đánh giá cấu trúc độ tinh khiết lycopen chiết tách .57 3.1.1.4 Bảo quản lycopen 63 3.1.2 Chiết tách resveratrol từ rễ cốt khí củ 65 3.1.2.1 Phân tích cấu trúc resveratrol sau trình chiết tách 65 3.1.2.2 Định lượng resveratrol quang phổ hấp thụ UV-Vis phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao HPLC 68 3.1.3 Kết tổng hợp copolymer PLA-PEG 71 3.2 Kết chế tạo hệ nano chứa số hợp chất lycopen, resveratrol pycnogenol 75 3.2.1 Kết chế tạo nano lycopen 75 3.2.1.1 Ảnh hưởng chất hoạt động bề mặt tới trình chế tạo nano lycopen 75 3.2.1.2 Đánh giá khả phân tán nước mẫu bột nano lycopen 78 3.2.1.3 Phân tích cấu trúc mẫu bột nano lycopen 79 iv 3.2.1.4 Hình thái phân bố kích thước hạt nano lycopen 80 3.2.1.5 Đánh giá độ bền nano lycopen 81 3.2.2 Kết chế tạo nano resveratrol 83 3.2.2.1 Đánh giá khả phân tán nước mẫu bột nano resveratrol 83 3.2.2.2 Phân tích cấu trúc mẫu bột nano resveratrol 85 3.2.2.3 Hình thái hạt nano resveratrol 85 3.2.2.4 Khảo sát độ ổn định hình thái hạt nano resveratrol mơi trường có độ pH khác 86 3.2.3 Kết chế tạo hệ nano lycopen/resveratrol 90 3.2.3.1 Phân tích cấu trúc hệ nano lycopen/resveratrol 90 3.2.3.2 Đặc điểm hình thái phân bố kích thước hạt hệ nano lycopen/resveratrol 91 3.2.3.3 Đánh giá độ bền lycopen mẫu hệ nano lycopen/resveratrol 93 3.2.4 Kết chế tạo hệ nano lycopen/pycnogenol 98 3.2.4.1 Phân tích cấu trúc hệ nano lycopen/pycnogenol 98 3.2.4.2 Đánh giá khả phân tán mẫu bột nano lycopen/pycnogenol 99 3.2.4.3 Hình thái mẫu bột nano lycopen/pycnogenol .100 3.2.4.4 Đánh giá hình thái nano lycopen/pycnogenol môi trường pH khác 101 KẾT LUẬN 105 NHỮNG ĐIỂM MỚI VÀ ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN 107 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 PHỤ LỤC 122 MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển kinh tế-xã hội, nhu cầu người lĩnh vực sức khỏe làm đẹp ngày cao dẫn tới phát triển mạnh sản phẩm thuốc, thực phẩm chức mỹ phẩm Theo xu hướng sử dụng nguồn nguyên liệu tự nhiên, hợp chất có hoạt tính sinh học cao lycopen, resveratrol, pycnogenol, nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu, chiết tách ứng dụng cách rộng rãi Lycopen carotenoid tìm thấy nhiều loại rau màu đỏ gấc, cà chua, dưa hấu, đu đủ, ổi đỏ, bưởi đỏ [1] Lycopen có hoạt tính chống oxy hóa cực mạnh, có tác dụng mạnh mẽ việc phịng chống ung thư, bệnh tim mạch, xơ hóa gan đóng vai trò quan trọng hệ miễn dịch [2,3] Resveratrol stilbenoid kháng độc tố tự nhiên, có nhiều cốt khí củ, nho, dứa, đậu phộng dâu tằm [4] Tiềm ứng dụng resveratrol khả chống viêm, chống oxy hóa, chữa lành vết thương, chống vi khuẩn chống ung thư [5, 6] Pycnogenol biết đến hỗn hợp flavonoid quý có khả chống oxy hóa chống viêm tiếng Hợp chất giúp tăng cường sức khỏe tim mạch, bảo vệ tế bào thần kinh, kiểm soát đau chống lại gốc tự [7] Pycnogenol có nhiều vỏ thơng biển nước Pháp, ngồi pycnogenol tìm thấy vỏ đậu phộng, hạt nho vỏ phỉ [8] Mặc dù có nhiều hoạt tính sinh học q hầu hết hợp chất nêu xếp vào nhóm hợp chất tan nước khó hấp thu hiệu vào thể, sinh khả dụng bị hạn chế [9, 10] Hiện nay, công nghệ nano giải pháp hữu hiệu việc nâng cao khả phân tán, cải thiện hấp thu, tăng cường dược tính nâng cao độ bền hợp chất [11] Để khắc phục nhược điểm độ hòa tan độ bền, việc nghiên cứu chế tạo hợp chất sinh học tự nhiên dạng hạt nano hứa hẹn tạo nguồn dược liệu quý ứng dụng rộng rãi ngành dược phẩm mỹ phẩm Mặt khác, hệ nano chứa hai hợp chất tự nhiên thu hút quan tâm nhà khoa học Sự kết hợp hợp chất cho sản phẩm tổ hợp có tác dụng hiệp đồng, mang lại hoạt tính sinh học cao so với việc sử dụng hợp chất riêng rẽ Trong đó, hai hợp chất resveratrol pycnogenol biết đến hợp chất sinh học có tác dụng tăng độ bền tăng khả phân tán nước cho hợp chất thuộc nhóm carotenoid có nhiều liên kết đơi liên hợp lycopen Tuy nhiên nay, nghiên cứu dừng lại việc chế tạo hỗn hợp compozit hợp chất mà chưa có cơng trình công bố chế tạo hệ nano, đặc biệt hệ nano lycopen/resveratrol hệ nano lycopen/pycnogenol Chính vậy, nghiên cứu chế tạo hai hệ nano hướng nghiên cứu cần thiết Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, luận án tập trung vào: “Nghiên cứu chế tạo, xác định hình thái, cấu trúc, tính chất hệ nano chứa số hợp chất lycopen, resveratrol pycnogenol” với mục tiêu nội dung nghiên cứu cụ thể sau: * Mục tiêu luận án: hợp Chiết tách lycopen từ gấc, resveratrol từ cốt khí củ tổng copolyme PLA-PEG làm nguyên liệu cho trình chế tạo dạng hạt nano; - Chế tạo dạng hạt nano hệ hạt nano như: nano lycopen, nano resveratrol hệ nano lycopen/resveratrol, hệ nano lycopen/pycnogenol Xác định hình thái cấu trúc vật liệu nano thu được; Đánh giá độ bền vật liệu nano điều kiện bảo quản môi trường khác * - Những nội dung nghiên cứu luận án: Nghiên cứu chiết tách lycopen từ gấc resveratrol từ cốt khí củ Nghiên cứu điều kiện thích hợp phương pháp chiết tách hợp chất Xác định cấu trúc độ tinh khiết lycopen resveratrol sau trình chiết tách; - Nghiên cứu tổng hợp copolymer PLA-PEG sử dụng làm chất bao bọc vi nang cho hệ nano tổ hợp chứa lycopen; Nghiên cứu chế tạo nano lycopen, nano resveratrol có khả phân tán tốt nước Xác định hình thái, cấu trúc, tính chất mẫu nano phương pháp phân tích đại Khảo sát độ bền bột nano điều kiện bảo quản môi trường khác nhau; Nghiên cứu chế tạo hệ nano lycopen/resveratrol hệ nano lycopen/pycnogenol Xác định hình thái, cấu trúc tính chất mẫu nano phương pháp phân tích đại Nghiên cứu độ bền lycopen hệ nano theo thời gian bảo quản điều kiện khác CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đối tượng nghiên cứu Từ xa xưa, ông cha ta biết sử dụng sản phẩm thiên nhiên để ứng dụng nhiều lĩnh vực sống, đặc biệt ứng dụng thảo dược điều trị bệnh chăm sóc sức khỏe [12] Các hợp chất sinh học có thảo dược thành phần định chất lượng giá trị thảo dược Các hợp chất chiết tách từ thân, lá, vỏ cây, hoa, quả, hạt rễ [13] Cùng với phát triển khơng ngừng kinh tế-xã hội nhu cầu người sức khỏe thẩm mỹ ngày cao, hợp chất sinh học quý có thảo dược ngày quan tâm nghiên cứu ứng dụng sản xuất thực phẩm chức mỹ phẩm 1.1.1 Hợp chất lycopen từ trái gấc Gấc (Momordica cochinchinensis Spreng.) loại trái gần gũi với người dân Việt Nam Dầu gấc, rễ gấc, hạt gấc, ruột gấc sử dụng làm thuốc chữa bệnh [14] Hình 1.1 số hình ảnh gấc Hình 1.1 Quả gấc Việt Nam Hiện nay, Việt Nam, để thuận tiện cho việc sử dụng, bảo quản vận chuyển, lượng lớn gấc sau thu hoạch xử lý, tách bỏ vỏ hạt, sấy nhiệt để tạo màng gấc khô thương phẩm Màng hạt gấc có chứa số carotenoid (lutein, beta-cryptoxanthine, zeaxanthine, alpha-carotene, beta-carotene, cis-lycopen trans-lycopen), vitamin (vitamin C, vitamin E) số acid béo (omega-3, omega-6) [15] Trong đó, nhóm carotenoid chiếm hàm lượng cao nguồn dược liệu quý Theo nghiên cứu Ishida cộng sự, màng gấc chứa tổng lượng carotenoid 5770 ppm, chủ yếu gồm beta-carotene (2710 ppm) lycopen PHỤ LỤC Dữ liệu phổ NMR lycopen resveratrol Phổ H-NMR lycopen chiết tách Phổ giãn H-NMR lycopen chiết tách Phổ 13 C-NMR lycopen chiết tách Phổ giãn 13 C-NMR lycopen chiết tách Phổ giãn 13 C-NMR lycopen chiết tách Phổ H-NMR resveratrol chiết tách Phổ giãn H-NMR resveratrol chiết tách Phổ 13 C-NMR resveratrol chiết tách Phổ giãn 13 C-NMR resveratrol chiết tách Dữ liệu phổ FT-IR lycopen resveratrol Phổ FT-IR lycopen chiết tách Phổ FT-IR resveratrol chiết tách Một số hình ảnh giản đồ phân bố kích thước hạt vật liệu nano chế tạo Giản đồ phân bố kích thước hạt nano lycopen (5% lycopen)- Kích thước hạt trung bình: 55nm Giản đồ phân bố kích thước hạt nano resveratrol (10% resveratrol)- Kích thước hạt trung bình: 12 nm Giản đồ phân bố kích thước hạt hên nano lycopen/resveratrol (4%lycopen/8% resveratrol)- Kích thước hạt trung bình: 66 nm Giản đồ phân bố kích thước hạt hệ nano lycopen/pycnogenol (4%lycopen/8% pycnogenol)- Kích thước hạt trung bình: 73 nm ... tượng nghiên cứu 1. 1 .1 Hợp chất lycopen từ trái gấc 1. 1 .1. 1 Cấu trúc tính chất hóa lý lycopen 1. 1 .1. 2 Ưu điểm hạn chế lycopen 1. 1 .1. 3 Tình hình nghiên cứu ngồi... 1. 1.2 Hợp chất resveratrol từ cốt khí củ 1. 1.2 .1 Cấu trúc tính chất hóa lý 11 1. 1.2.2 Tác dụng resveratrol sức khỏe 12 1. 1.2.3 Tình hình nghiên cứu nước chiết tách resveratrol. .. giới hệ nano chứa số hợp chất lycopen, resveratrol pycnogenol 26 1. 3 .1 Tình hình nghiên cứu nước giới nano lycopen 26 1. 3.2 Tình hình nghiên cứu nước giới nano resveratrol 28 1. 3.3 Tình hình