Hình 3.13. Sơ đồ quy trình chiết xuất cao chiết nghệ bằng công nghệ enzyme quy mô PTN
Thuyết minh quy trình Bước 1. Xử lí nguyên liệu
- 50 g nguyên liệu nghệlát khô được đem đi xay nghiền đến kích thước hạt
≤ 3mm;
- Cho nguyên liệu đã xay nhuyễn vào bình dung tích 1000 ml bổ sung 350 ml nước;
- Khởi động khuấy trộn, tốc độ 200 vòng/phút; - Gia nhiệt hỗn hợp lên 80oC trong vòng 20 phút; - Hạ nhiệt độ xuống 52,5oC;
- Bổ sung enzyme α-amylase 0,55 g (tỷ lệ 1,1% so với nguyên liệu), enzyme cellulase 0,4g (tỷ lệ 0,8% so với nguyên liệu);
- Thủy phân ở 52,5oC, pH 5,9 trong vòng 16 giờ 30 phút;
- Tăng nhiệt độ lên 100oC trong 20 phút để kết thúc quá trình thủy phân;
Bước 3. Loại nước
- Sấy hỗn hợp trong tủ sấy ở nhiệt độ 60oC cho đến khi thu được 43,05 g bột nghệ khô hoàn toàn;
Bước 4. Cô - Chiết
- Bổ sung 86,1 ml dung dịch methanol ngâm chiết ở 60oC. Lọc hỗn hợp qua giấy lọc thu được dịch chiết. Sau đó, tiếp tục tiến hành lặp lại thêm 2 lần;
- Dịch chiết thu được đem đi cô quay ở 45oC cho đến khi hết hoàn toàn dung môi thu được 9,98 g cao chiết cô đặc.
Tiến hành khảo sát lặp lại 3 lần để đo độ ổn định của quy trình chiết xuất cao nghệ bằng công nghệ enzyme quy mô PTN.
Bảng 3.9. Kết quả hàm lượng cao chiết toàn phần mẫu nghệ
STT Khối lượng nghệ lát khô (g) Khối lượng bột nghệ khô (g)
Khối lượng cao chiết (g) Hàm lượng cao toàn phần (%) 1 50,00 43,05 9,98 22,94 2 50,00 43,13 10,01 23,20 3 50,00 42,98 9,89 23,01 Trung bình 23,05
Sau 3 lần chiết tổng hàm lượng cao chiết toàn phần trung bình thu được là 23,05% cao hơn so với chiết Soxhlet 21,43%. Các kết quả mỗi lần chiết chênh lệch trong sai số cho phép chứng tỏ quy trình chiết ổn định.
3.3. Đánh giá hiệu suất chiết xuất curcuminoid kết hợp với thủy phân bằng enzyme
enzyme và chiết xuất hỗ trợ siêu âm. Kết quả phân tích thống kê được trình bày
ở bảng 3.10.
Bảng 3.10. Đánh giá hiệu suất chiết xuất curcuminoid
Phương pháp chiết xuất
Soxhlet Kết hợp thủy phân Hỗ trợ siêu âm
Hàm lượng curcuminoid (%) Hiệu suất (%) Hàm lượng curcuminoid (%) Hiệu suất (%) Hàm lượng curcuminoid (%) Hiệu suất (%) NA03 6,1 100 5,87 96,23 5,8 95,08 Từ kết quả bảng 3.10 ta thấy kết quả hiệu suất chiết xuất kết hợp thủy phân enzyme có giá trị là 96,23% cao hơn so với hiệu suất chiết xuất hỗ trợ siêu âm 95,08%. Tuy nhiên, khi so sánh lượng dung môi chiết sử dụng, ta thấy thay vì sử
dụng tỷ lệ nguyên liệu/dung môi là 1/3, sau khi thủy phân ta chỉ cần sử dụng tỷ lệ
nguyên liệu/dung môi là 1/2. Như vậy, nhờ quá trình thủy phân, quy trình chiết xuất curcuminoid đã giảm được 33,3% lượng dung môi so với quá trình chiết xuất
thông thường.
Vì vậy, việc sử dụng kết hợp thủy phân enzyme trong quy trình chiết xuất rất tiềm năng trong ứng dụng thực tế để tạo ra công nghệ chiết xuất xanh, thân thiện với môi trường.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
1. Đã đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng của 7 mẫu nghệ thu ở vùng Nam
Đàn và Tương Dương - Nghệ An trong đó độẩm trung bình là 76,36%; hàm lượng tro toàn phần 5,3% khối lượng khô; hàm lượng carbohydrate 73,49% khối lượng
khô; hàm lượng tinh bột 53,54% khối lượng khô; hàm lượng cao tổng toàn phần
17,13%; hàm lượng curcuminoid tổng 4,74%.
2. Đã lựa chọn được hệ enzyme (α-amylase và cellulase) và xây dựng quy trình chiết xuất curcumioid từ củ nghệ vàng bằng công nghệ enzyme quy mô PTN với điều kiện thủy phân là: pH 5,9; nhiệt độ 52,5oC; hàm lượng α-amylase 1,1%
(tương đương 220 UI/g); cellulase 0,8% (tương đương 160 UI/g), thời gian thủy phân là 16 giờ 30 phút, độ thủy phân là 45,12 ± 0,04 (%).
3. Quy trình chiết xuất curcuminoid bằng công nghệ enzyme đạt hiệu suất 96,23% cao hơn so với chiết xuất bằng dung môi thông thường (95,08%) và giảm
được 33,3% lượng dung môi sử dụng.
Kiến nghị
Cần tiếp tục hoàn thiện quy trình công nghệ chiết xuất curcuminoid bằng công nghệ enzyme ở quy mô lớn hơn để có thể triển khai ứng dụng trong sản xuất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Chempakan, B. And Parthasarathỵ V.Ạ, 2008, ”6 Turmeric” in
Parthasarathy, Chemistry of Spices, pp. 97-123.
2. Kumar Ạ, Luxmi V., 2020, Effect of calcinations on structural, optical and photocatalytic properties of a green photo-catalyst ‘turmeric roots powder”,
Optik, pp. 116-162.
3. Chaaban A, Gomes EN, Richardi VS, Martins CEN, Brum JS, Navarro-Silva MA, Deschampsd C, Molentoag MB, 2019, Essential oil from Curcuma longa leaves: can an Bioactive Compounds of Turmeric (Curcuma longa L.),
Ind Crop Prod, pp. 132:352–364.
4. Mishra R, Gupta AK, Kumar A, Lal RK, Saikia D, Chanotiya CS, 2018, Genetic diversity, essential oil composition, and in vitro antioxidant and antimicrobial activity of Curcuma longa L. germplasm collections, J Appl Res Med Aromat Plants, pp. 10:75–84.
5. Ilangovan M, Guna V, Hu C, Nagananda G, Ređy N, 2018, Curcuma longa
L. plant residue as a source for natural cellulose fibers with antimicrobial activity, Ind Crop Prod, pp. 112:556–560.
6. M. Akram, ẠẠ Shahab-Uđin, K. Usmanghani, Ạ Hannan, Ẹ Mohiuđin, and M. Asif, 2010, Curcuma longa and curcumin: a review article, Rom J Biol Plant Biol, pp. 55(2), 65-70.
7. Okuda-Hanafusa C, Uchio R, Fuwa A, Kawasaki K, Muroyama K, Yamamoto Y, Murosak S, 2019, Turmeronol A and turmeronol B from
Curcuma longa prevent inflammatory mediator production by lipopolysaccharide-stimulated RAW264.7 macrophages, partially via reduced NF-κB signaling, Food Funct, pp.10:5779–5788.
8. Avanço GB, Ferreira FD, Bomfim NS, Santos PASR, Peralta RM, Brugnari T, Mallmann CA, Abreu Filho BA, Mikcha JMG, Machinski M Jr, 2017,
Curcuma longa L. essential oil composition, antioxidant effect, and effect on
Fusarium verticillioides and fumonisin production, Food Control, pp. 73:806–81.
9. Đặng Thị Thu, Lê Ngọc Tú, Tô Kim Anh, Phạm Thu Thủy, Nguyễn Xuân Sâm, 2004, Công nghệ enzyme, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 304 tr.
10.S. K. Sandur, M. K. Pandey, B. Sung, K. S. Ahn, Ạ Murakami, G. Sethi, and B. Aggarwal, 2007, Curcumin, demethoxycurcumin, bisdemethoxycurcumin, tetrahydrocurcumin and turmerones differentially regulate anti-inflammatory and anti-proliferative responses through a ROS-independent mechanism,
Carcinogenesis, 28(8), pp. 1765-1773.
11.J. H. Naama, G. H. Alwan, H. R. Obayes, Ạ Ạ Al-Amiery, Ạ Ạ Al-Temimi, Ạ Ạ H. Kadhum, and Ạ B. Mohamad, 2013, Curcuminoids as antioxidants and theoretical study of stability of curcumin isomers in gaseous state,
Research on Chemical Intermediates, 39(9), pp. 4047-4059.
12.G. K. Jayaprakasha, L. J. Rao, and K. K. Sakariah, 2006, Antioxidant activities of curcumin, demethoxycurcumin and bisdemethoxycurcumin,
Food chemistry, 98(4), pp. 720-724.
13. Braga MC, Vieira ECS, de Oliveira TF, 2018, Curcuma longa L. leaves: characterization (bioactive and antinutritional compounds) for use in human food in Brazil, Food Chem, pp. 265:308–315.
14. Li X, Chen W, Chang Q, Zhang Y, Zheng B, Zeng H, 2020, Structural and physicochemical properties of ginger (Rhizoma curcumae longae) starch and resistant starch: a comparative study, Int J Biol Macromol, pp.144:67–75. 15. Kocaadam B, Sanlier N, 2017, Curcumin, an active component of turmeric
(Curcuma longa L.), and its effects on health, Crit Rev Food Sci Nutr, pp. 57:2889–1895.
16. Soleimani V, Sahebkar A, Hosseinzadeh H, 2018, Turmeric (Curcuma longa) and its major constituent (curcumin) as nontoxic and safe substances: review, Phytother Res, pp. 32:985–995.
17. Maizura M, Aminah A, Wan Aida W, 2011, Total phenolic content and antioxidant activity of kesum (Polygonum minus), ginger (Zingiber officinale) and turmeric (Curcuma longa) extract, Int Food Res J, pp. 18:526–531
18. Sharma S, Kulkarni SK, Chopra K, 2006, Curcumin, the active principle of turmeric (Curcuma longa), ameliorates diabetic nephropathy in rats, Clin Exp Pharmacol Physiol, pp. 33:940–945
19. Henrotin Y, Malaise M, Wittoek R, de Vlam K, Brasseur JP, Luyten FP, Jiangang Q, Van den Berghe M, Uhoda R, Bentin J, De Vroey T, Erpicum
L, Donneau AF, Dierckxsens Y, 2019, Bio-optimized Curcuma longa extract is efficient on knee osteoarthritis pain: a double-blind multicenter randomized placebo controlled three-arm study, Arthritis Res Ther, pp. 21:179.
20. Vaughn AR, Branum A, Sivamani RK, 2016, Effects of turmeric (Curcuma longa) on skin health: a systematic review of the clinical evidence, Phytother Res, pp. 30:1243–1264.
21. Cunha Neto F, Marton LT, de Marqui SV, Lima TA, Barbalho SM, 2019, Curcuminoids from Curcuma Longa: new adjuvants for the treatment of crohn’s disease and ulcerative colitis?, Crit Rev Food Sci Nutr, pp. 59:2136–
2143.
22. Aggarwal BB, Yuan W, Li S, Gupta SC, 2013, Curcumin-free turmeric exhibits anti-inflammatory and anticancer activities: identification of novel components of turmeric, Mol Nutr Food Res, pp. 57:1529–1542.
23. Zhang L, Yang Z, Chen F, Su P, Chen D, Pan W, Fang Y, Dong C, Zheng X, Du Z, 2017, Composition and bioactivity assessment of essential oils of
Curcuma longa L. collected in China, Ind Crop Prod, pp. 109:60–73.
24. El-Baroty GS, Abd El-Baky H, Farag RS, Saleh MA, 2010, Characterization of antioxidant and antimicrobial compounds of cinnamon and ginger essential oils, Afr J Biochem, pp. 4:167–174.
25. Sivasothy Y, Chong WK, Hamid A, Eldeen IM, Sulaiman SF, Awang K, 2011, Essential oils of Zingiber officinale var. rubrum Theilade and their antibacterial activities, Food Chem, pp. 124:514–517.
26. Asuk AA, Agiang MA, Dasofunjo K, Willie AJ, 2015, The biomedical significance of the phytochemical, proximate and mineral compositions of the leaf, stem bark and root of Jatropha curcas, Asian Pac J Trop Biomed, pp. 5:650–657.
27. Shukla R, Singh P, Prakash B, Dubey N, 2012, Antifungal, aflatoxin inhibition and antioxidant activity of Callistemon lanceolatus (Sm.) sweet essential oil and its major component 1,8- cineole against fungal isolates from chickpea seeds, Food Control, pp. 25:27–33.
28. Apisariyakul A, Vanittanakom N, Buđhasukh D, 1995, Antifungal activity of turmeric oil extracted from Curcuma longa (Zingiberaceae), J Ethnopharmacol, pp. 49:163–169.
29. Balakrishnan K, 2007, Postharvest technology and processing of turmeric. In: Ravindran PN, Nirmal Babu K, Sivaraman K (eds) Turmeric: the genus Curcuma, CRC Press, Boca Raton, pp. 193–256.
30. Asuk AA, Agiang MA, Dasofunjo K, Willie AJ, 2015, The biomedical significance of the phytochemical, proximate and mineral compositions of the leaf, stem bark and root of Jatropha curcas, Asian Pac J Trop Biomed, pp. 5:650–657.
31. Asuk AA, Agiang MA, Dasofunjo K, Willie AJ, 2015, The biomedical significance of the phytochemical, proximate and mineral compositions of the leaf, stem bark and root of Jatropha curcas, Asian Pac J Trop Biomed, pp. 5:650–657.
32. Zheng Y, Pan C, Zhang Z, Luo W, Liang X, Shi Y, Liang L, Zheng X, Zhang L, Du Z, 2020, Antiaging effect of Curcuma longa L. essential oil on ultraviolet-irradiated skin, Microchem J, pp.154:104608.
33. Damalas CA, 2011, Potential uses of turmeric (Curcuma longa) products as alternative means of pest management in crop production, Plant Omics, pp. 4:136–141.
34. Priyadarsini, 2014, K. The Chemistry of Curcumin: From Extraction to Therapeutic Agent, Molecules, pp. 19, 20091–20112.
35. Lampe V.; Milobedzka J., 1913, Studient uber Curcumin, Ber. Dtsch. Chem. Ges, pp. 46, 2235–2240.
36. Prasad S.; Gupta S.C.; Tyagi ẠK.; Aggarwal B.B, 2014, Curcumin, a component of golden spice: From bedside to bench and back, Biotechnol. Adv., pp. 32, 1053–1064.
37. Vogel H.Ạ; Pelletier, 1815, J. Curcumin-biological and medicinal properties, J. Pharma, pp. 2-50.
38. Gupta S.C.; Patchva S.; Koh W.; Aggarwal B.B, 2012, Discovery of Curcumin, a Component of the Golden Spice, and Its Miraculous Biological Activities, Clin. Exp. Pharmacol. Physiol., pp. 39, 283–299.
39. Priyadarsini, K.I, 2009, Photophysics, photochemistry and photobiology of curcumin: Studies from organic solutions, bio-mimetics and living cells, J. Photochem. Photobiol. C Photochem. Rev., pp. 10, 81–95.
40. Payton F.; Sandusky P.; Alworth W.L, 2007, NMR Study of the Solution Structure of Curcumin, J. Nat. Prod, pp. 70, 143–146.
41. Goel Ạ; Kunnumakkara ẠB.; Aggarwal B.B, 2008, Curcumin as
“Curecumin”: From kitchen to clinic,Biochem Pharmacol, pp. 75, 787–
809.
42. Aggarwal B.B.; Kumar Ạ; Bharti ẠC, 2003, Anticancer potential of curcumin: Preclinical and clinical studies, Anticancer Res, pp. 23, 363–398. 43.C.S. Beevers and S. Huang, 2011, Pharmacological and clinical properties of
curcumin, Botanics: Targets and Therapy, pp.1, 5-18.
44.V. R. Yadav, and B. B. Aggarwal, 2011, Curcumin: a component of the golden spice, targets multiple angiogenic pathways, Cancer biology and therapy, pp. 11(2), 236-241.
45. C. N. Sreekanth, S. V. Bava, Ẹ Sreekumar and R. J. Anto, 2011, Molecular evidences for the chemosensitizing efficacy of liposomal curcumin in paclitaxel chemotherapy in mouse models of cervical cancer, Oncogene, pp. 30(28), 3139- 3152.
46. K. Neelofar, S. Shreaz, B. Rimple, S. Muralidhar, M. Nikhat, and L. Ạ Khan, 2011, Curcumin as a promising anticandidal of clinical interest, Canadian Journal of Microbiology, pp.57(3), 204-210.
47. H. S. Zhang, Z. Ruan, and W. W. Sang, 2011, HDAC1/NFκB pathway is involved in curcumin inhibiting of Tat‐mediated long terminal repeat
transactivation, Journal of cellular physiology, pp. 226(12), 3385-3391. 48. M. R. Guimarães, L. S. Coimbra, S. G. de Aquino, L. C. Spolidorio, K. L.
Kirkwood, and C. Rossa Jr, 2011, Potent anti‐inflammatory effects of
systemically administered curcumin modulate periodontal disease in vivo,
Journal of periodontal research, pp. 46(2), 269-279.
49. Assadpour et al, 2016, Evaluation of folic acid nano-encapsulation by double emulsion, Food and Bioprocess Technology, pp.2024-2032.
50. Faridi Esfanjani and Jafari, 2016, Biopolymer nano-partcles and natural nano-carriers for nano-encapsulation of phenolic compounds, Colloids and surfaces, pp.532-543.
51. F. Aguilar, B. Dusemund, P. Galtier, J. Gilbert, D. Gottt, S. Grilli, et el , 2010, Scientific opinion on the re-evalution of curcumin (E100) as a food ađitive, EFSA J, p.46.
52. R.Ạ Sharma, ẠJ. Gescher, W.P. Steward, 2005, Curcumin: the story so far,
European Journal of Cancer, pp. 1955-1968.
53. Noorafshan and Ashkani-Esfahani, 2013, A review of therapeutic effects of curcumin, Current pharmaceutical design, pp. 2032-2046.
54. M.M. Yallapu, P.K. Nagesh, M. Jaggi, S.C. Chauhan, 2015, Therapeutic applications of curcumin nanoformulations, The AAPS Journal, pp.1341- 1356.
55. M. Gera, N. Sharma, M. Ghosh, D.L. Huynh, S.J. Lee, T. Min et al, 2017, Nanoformulations of curcumin: An emerging paradigm for improved remedial application, Oncotarget, pp. 66680-66698.
56. S.C. Gupta, S.Patchva, B.B. Aggarwal, 2013, Therapeutic roles of curcumin: Lessons learned from clinical trials, The AAPS Journal, pp. 195-218.
57. Ạ Noorafshan, S. Ashkani-Esfahani, 2013, A review of therapeutic effects of curcumin, Current pharmaceutical design, pp. 2032-2046.
58. M.M. Yallapu, P.K. Nagesh, M. Jaggi, S.C. Chauhan, 2015, Therapeutic applications of curcumin nanoformulations, The AAPS Journal, pp. 1341- 1356.
59. J. Gopal, M. Muthu, S. Chun, 2016, Bactericidal property of macro-, micro- and nanocurcumin: An assessment, Arabian Journal for science and engineering, pp.2087-2093.
60.Lê Gia Hy, Đặng Tuyết Phương, 2010, Enzyme vi sinh vật và chuyển hóa sinh học - Nguyên lý và ứng dụng, Nxb Khoa học tự nhiên và Công nghệ, Hà Nộị 61.Đặng Thị Thu, Lê Ngọc Tú, Tô Kim Anh, Phạm Thu Thủy, Nguyễn Xuân
Sâm, 2004, Công nghệ enzyme, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 304 tr. 62.Nguyễn Kim Phi Phụng, 2007, Phương pháp cô lập hợp chất hữu cơ, Nxb Đại
63.Kim, ỴJ. et al., 2005, Phenolic extraction from apple peel by cellulases from Thermobifida fuscạ J. Agric, Food Chem, (53), pp.9560- 9565.
64.Lê Gia Hy, Đặng Tuyết Phương, 2010, Enzyme vi sinh vật và chuyển hóa sinh học - Nguyên lý và ứng dụng, Nxb Khoa học tự nhiên và Công nghệ, Hà Nộị 65. Freese, S. and Binning, R., 1993, Enzymeatic extraction of spice aromas,
Gordian 93(11), pp.171-175.
66. Nguyễn Thị Minh Nguyệt, Trần Nguyễn Mỹ Châu, Võ Bửu Lợi, Đặng Thị
Thanh Hương, 2009, Nghiên cứu sử dụng enzyme trong chiết tách dầu béo
và các thành phần của cám gạo, Đề tài Bộ Công thương, Hà Nộị
67. Sowbhagya H.B., Srinivas P., Krishnamurthy N., 2010, Effect of enzymes on extraction of volatiles from celery seeds, Food Chemistry, (120), pp.230- 234.
68. Sowbhagya H.B., Srinivas P., Purnima K.T., Krishnamurthy N., 2011, Enzyme-assisted extraction of volatiles from cumin (Cuminum cyminum L.) seeds, Food Chemistry, (127), pp.1856-1861.
69. Boulila Ạ, Hassen Ị, Haouari L., Mejri F., Amor Ị B., Casabianca H., Hosni K., 2015, Enzyme-assisted extraction of bioactive compounds from bay leaves (Laurus nobilis L.), Industrial Crops and Products, 74, pp.485-493. 70. Sayantani Dutta and Paramita Bhattacharjee, 2015, Enzyme-assisted
supercritical carbon dioxide extraction of black pepper oleoresin for enhanced yield of piperine-rich extract, Journal of Bioscience and Bioengineering Vol. 120 Nọ 1, pp.17-23.
71.Akamine, H., Hossain, M.D.Ạ, Ishimine, Ỵ et al., 2007, Effects of application of N, P and K alone or in combination on growth, yield and curcumin content of turmeric, Plant prod. Scị pp.10: 151-154.
72. Hoàng Thị Bích, 2017, Nghiên cứu sử dụng kết hợp hệ enzyme trong chiết tách và làm giàu một số sản phẩm nguồn gốc thiên nhiên, Luận án Tiến sĩ, Hà Nộị
73. Lê Tất Thành, 2017, Nghiên cứu công nghệ sản xuất chế phẩm axit béo đa nối đôi (n3-PUFA) từ nguyên liệu tự nhiên bổ sung vào thức ăn ương nuôi một số đối tượng cá biển chủ lực, Đề tài Bộ Nông nghiệp và phát triển nông