Chit xut Curcumin v tinh du Ngh t c Ngh vng Vit Nam

Lời cảm ơn
Bản đồ án này đợc hoàn thành tại Phòng Hoá thực vật - Viện
Hóa Công nghiệp.
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lòng biết ơn thầy giáo Th.S Vũ Hồng Sơn - Dại học Bách Khoa Hà Nọi ngời đã hớng dẫn và
giới thiệu em làm nghiên cứu tại Viện Hóa học Công nghiệp, TS Lu
Hoàng Ngọc - Phó Viện trởng, Viện Hóa học công nghiệp ngời đã tận
tình hớng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em hoàn thành bản
đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn T.S Trần Bạch Dơng, Th.S.
NguyễnNgọc Thanh, Th.S. Nguyễn Thị Hoài Anh, KS. Nguyễn Mai Cơng, KS. Lê Đăng Quang và CN. Lê Ngọc Thức đã giúp đỡ em trong
quá trình làm đồ án.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, các bạn lớp
Thực phẩm Nhiệt đới K46, bộ môn Công nghệ Thực pẩm Nhiệt đới -Viện
Công nghệ sinh học và công nghệ Thực phẩm - trờng Đại học Bách
Khoa Hà Nội đã động viên, khích lệ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình
học tập và hoàn thành bản đồ án này.
Hà nội ngày 30 tháng 5 năm 2006
Sinh viên
Nguyễn Ngọc Anh

Nguyn Ngc Anh - H Bỏch Khoa HN
1


Chiết xuất Curcumin và tinh dầu Nghệ từ củ Nghệ vàng Việt Nam
MôC LôC
Lời mở đầu và nhiệm vụ đồ án.............................................................2
Chương I: Tổng quan............................................................................3
1.1 Vài nét về cây Nghệ và các sản phẩm từ củ Nghệ vàng................3

3.2.2.1 Sắc ký cột thô.............................................................................31
3.2.2.2 Sắc ký cột tinh............................................................................33
3.2.2.3 Khảo sát cấu trúc và phân tích cấu trúc Curcumin.....................35
3.3 Quá trình triển khai và sản xuất Curcumin tại Viện Hoá công
nghiệp....................................................................................................36
Kết luận.................................................................................................47
Tài liệu tham khảo...............................................................................37
Phụ lục...................................................................................................39

Nguyễn Ngọc Anh - ĐH Bách Khoa HN
3


Chit xut Curcumin v tinh du Ngh t c Ngh vng Vit Nam
NGHIấN CU CễNG NGH CHIT XUT CURCUMIN
V TINH DU T C NGH VNG VIT NAM

Lời mở đầu và nhiệm vụ đồ án

Ngh vng (Curcuma longa L.) thuc h Gng (Zingiberaceae)
phõn b rng rói trờn khp cỏc nc nhit i v cn nhit i, c bit
l Vit Nam, Trung Quc, n v vựng ụng Nam . C Ngh
(Turmeric) l phn thõn r ca loi ny ó c s dng t lõu trong
nhiu mún n dõn tc, cỏc loi bt carry v sỳp nh l mt loi phm
mu thc phm v gia v chớnh. Trong y hc dõn tc phng ụng ó
phỏt hin tớnh cht gim au, chng viờm v dit tr khi u ca Ngh v
ó ỏp dng trong cỏc bi thuc dõn gian nhm tr viờm loột ni tng v
ung bu.
Vi s phỏt trin ca húa hc hu c v cụng ngh Sinh hc, c
bit l cỏc nghiờn cu v húa thc vt v sinh hc phõn t trờn th gii,


Nguyễn Ngọc Anh - ĐH Bách Khoa HN
5


Chiết xuất Curcumin và tinh dầu Nghệ từ củ Nghệ vàng Việt Nam

Chương I:

Tổng quan

1.1 Vài nét cây Nghệ và các sản phẩm từ củ Nghệ vàng
Nghệ vàng Curcuma Longa L (Curcuma domestica Lour),còn có
tên là Khương Hoàng (Rhizoma Curcuma longae).
Nghệ là cây thân thảo cao từ 0,6 m đến 1 m, thân rễ phình ra
thành củ hình trụ hoặc hơi dẹt, khi bẻ hay cắt ngang có màu vàng cam
sẫm. Lá hình trái xoan thon nhọn ở hai đầu, hai mặt đều nhẵn dài tới 45
cm, rộng 18 cm. Cuống lá có bẹ. Cụm hoa mọc từ giữa các lá lên, thành
hình nón thừa, lá Bắc hữu thụ khum hình máng rộng, đầu tròn màu xanh
lục nhạt, lá Bắc hấp thụ hẹp hơn, màu hơi tím nhạt. Tràng có phiến,
cánh hoa ngoài màu xanh lục vàng nhạt, chia thành ba thùy, thùy trên to
hơn, phiến cánh hoa trong cũng chia thành ba thùy, hai thùy hai bên
đứng và phẳng, thùy dưới hõm thành máng sâu. Quả nang ba ngăn, mở
bằng ba van. Hạt có áo hạt [1].

Nghệ được trồng khắp nơi ở các nước Nam Á như Ấn Độ,
Indonesia, Campuchia, Lào, Trung Quốc …[1].

Nguyễn Ngọc Anh - ĐH Bách Khoa HN
6


Chiết xuất Curcumin và tinh dầu Nghệ từ củ Nghệ vàng Việt Nam
Tinh dầu Nghệ thường được thu nhận bằng cách chưng cất lôi
cuốn hơi nước trực tiếp từ bột Nghệ, hoặc được chiết bằng các dung môi
hữu cơ ít phân cực như n- hexan, ete dầu hoả, …
Bằng phân tích sắc ký khí và các phương pháp phân tích cấu trúc
hiện đại, thành phần hoá học của tinh dầu Nghệ đã được nghiên cứu và
xác định gồm khoảng 20 hợp chất tecpen khác nhau [5]. Dưới đây nêu
một số thành phần tiêu biểu đã được phát hiện trong tinh dầu Nghệ.
H3C

1,8 - Cineol
mp = 1,5oC
bp = 176-177oC
nD20= 1,4550

H

O

H
CH2

trans-Caryophyllen
bp14 = 129 - 130oC
[α]D15 = - 5,2
nD17 = 1,5009
d417= 0,9052
H



O

ar- Turmeron
bp10 = 159-160oC
OH
[α]D20= + 82,21

(Ε) −α - Altanton
bp =141-142oC
[α]D= +1,2
O

(Z)-α - Atlanton
bp = 141-142oC
nD=1,5228
O

H

Nguyễn
Ngọc Anh - ĐH Bách Khoa HN
1-epi-Cubenol
o

bp2,5= 170-180 C
[α]D30= - 30,6

6S, 7R-Bisabolon
bp0,18=120oC


O

O - Cymen
mp = 71,54o C
bp = 178,15o C

β - Sesquiphellandren
Bp1 = 90o C
[α]D20 = - 3,99

ar - Turmeron

HO

O

O

α − Turmeron

O

β − Turmeron

1.2.2 Hoạt tính của tinh dầu Nghệ

Nguyễn Ngọc Anh - ĐH Bách Khoa HN
9


O

ar - Turmeron

α − Turmeron

Nguyễn Ngọc Anh - ĐH Bách Khoa HN
10

β − Turmeron


Chiết xuất Curcumin và tinh dầu Nghệ từ củ Nghệ vàng Việt Nam
Tác giả Phan Tống Sơn và các cộng sự đã nghiên cứu chuyển hoá
turmeron thành ar-turmerol [5].
Dưới sự xúc tác của CrO 3/CH3COOH trong CH3COOC2H5
Turmeron chuyển hoá thành ar – Turmeron, hiệu suất 70 % [5].
O

O

H3CO

OCH3

HO
O

OH



OCH3
O

HO

O

ar - Turmeron
Curcumin I

1.3 Curcumin

OH

ar -Turmerol
OCH3

1.3.1 Thành phần hoá học
HO

O

O

OH

Trong phần chất rắn kết tinh từ dịch chiết của củ Nghệ vàng
Curcumin II


12


Chiết xuất Curcumin và tinh dầu Nghệ từ củ Nghệ vàng Việt Nam

OH

O

O

OCH3

H3CO
HO

OH
OCH3

O

H3CO
HO

OH

Curcumin dimer I
OH
OH



OH

OH

H3CO
HO

Curcumin dimer III

Curcumin là chất kết tinh màu vàng cam, điểm chảy 183 o C, dễ
hoà tan trong trong dầu béo. Curcumin không tan trong nước và ete
etylic. Tan ít trong etanol và axit axetic băng [11].
Curcumin không tan trong dung dịch nước có pH axit và trung
tính, tan được trong môi truờng kiềm (pH>7) [11].

Nguyễn Ngọc Anh - ĐH Bách Khoa HN
13


Chiết xuất Curcumin và tinh dầu Nghệ từ củ Nghệ vàng Việt Nam
Các tác giả Tonnesen và Karlsen sử dụng sắc ký lỏng hiệu lực
cao nghiên cứu cơ chế động học của phản ứng solvat hoá Curcumin, với
các khoảng pH từ 1 đến 11. Với pH < 1, dung dịch nước của
diferuloylmetan curcumin có màu đỏ, được nhận biết qua sự tạo thành
H4A+ (A là Curcumin). Tại pH = 1-7, diferuloylmetan curcumin trong
dung dịch ở dạng trung tính H 3A, tan kém trong nước, cho dung dịch
màu vàng. Nếu pH > 7,5 thì dung dịch chuyển sang màu đỏ. Có thể
phân biệt được sự tồn tại của các ion H2A, HA2-, A3- có các pKa tương
ứng là 7,8; 8,5 và 9,0 [23].

OCH3
O

-

O

HA2 O-

HO
H3CO

OCH3
O

Nguyễn Ngọc Anh - ĐH Bách Khoa HN
14

-

O


Chiết xuất Curcumin và tinh dầu Nghệ từ củ Nghệ vàng Việt Nam

A3-

O-

O


H3CO

O

HO

[ OH-]

OCH3

O

HO

[ H +]

OH

HO

OH

H3CO

O

OCH3
O



S¶n phÈm ng ng tô
O

O
HO

HO

OH
OCH3

OCH3

axit Ferulic

Feruloyl metan

CHO
+

O

HO
OCH3

Vanillin

Axeton


lần vitamin E, mạnh hơn chất chống oxi hoá tổng hợp BHT (Butyl
Hidroxyl Toluen) [11]
Theo một nghiên cứu của Majeed cùng các cộng sự năm 2000,
trong dung dịch những chất chống oxi hoá tổng hợp như BHT (Butyl
Hidroxyl Toluen, BHA (Butylen Hidroxyl Anizol) không có khả năng
hấp thụ các gốc tự do như Curcumin. Đây củng là một trong những cơ
chế chống vi khuẩn quan trọng [11]

Nguyễn Ngọc Anh - ĐH Bách Khoa HN
17


Chiết xuất Curcumin và tinh dầu Nghệ từ củ Nghệ vàng Việt Nam
Cơ chế chống oxi hoá dựa trên tác dụng ức chế các enzym peroxy
hoá lipit và các enzym thuộc nhóm HIF. Hoạt tính chống oxi hoá, chống
lại sự cản trở vận chuyển oxi huyết khi các enzym peroxy hoá lipit hoạt
động [20].
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỷ thuật và nhu cầu sử
dụng các sản phẩm dược liệu có nguồn gốc thiên nhiên để điều trị bệnh
nâng cao sức khoẻ của con người, nhiều hoạt tính sinh học của
Curcumin và các chất tương tự trong củ Nghệ vàng đã được nghiên cứu
tương đối đầy đủ [11], cụ thể là:
Curcumin gây co bóp mật tiết ra chất paratolyl metyl cacbinol
làm kích thích quá trình khử độc của gan, do đó Curcumin được sử
dụng trong chữa trị bệnh gan [16,17].
Curcumin có tác dụng ngăn cản sự phát triển của vi trùng lao
Mycobacterium tuberculsis H37 RV ở nồng độ 1 µg / ml; ức chế
Baccilus Subtilis, Candida albicans pyocyaneum và Streptococus
hemolyticus [19].
Năm 1991, Huang và các cộng sự đã nghiên cứu cho thấy:

trong lĩnh vực thực phẩm nữa mà hướng sử dụng chính là ứng dụng
trong y học để điều trị bệnh, cụ thể là:
* Điều trị ung thư dạ dày và các bệnh liên quan đến dạ dày.
* Điều trị các khối viêm nhiễm.
* Điều trị viêm loét hành tá tràng.
* Hỗ trợ điều trị bệnh gan ...

Nguyễn Ngọc Anh - ĐH Bách Khoa HN
19


Chiết xuất Curcumin và tinh dầu Nghệ từ củ Nghệ vàng Việt Nam
1.4 Công nghệ chiết xuất tinh dầu Nghệ
1.4.1 Cất lôi cuốn theo hơi nước
Cho đến nay tinh dầu Nghệ được thu nhận chủ yếu bằng phương
pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước [5,12].
Thành phần và chất lượng tinh dầu Nghệ được đánh giá bởi màu
sắc, mùi vị, các chỉ số hoá lý. Kết quả phân tích bằng sắc ký khí mao
quản liên hợp khối phổ theo các điều kiện đã được tiêu chuẩn hoá:
Chương trình nhiệt độ 40 – 230o C, nhiệt độ buồng bơm mẫu 240oC
[18].
Tinh dầu Nghệ thương phẩm thông thường được chưng cất từ tinh
dầu Nghệ thô ở nhiệt độ 150 - 160oC, 10 mmHg, có hàm lượng
Turmeron trên 37 % và ar - Turmeron trên 38 % [5].
Hiện nay, để nâng cao chất lượng và hiệu suất thu nhận tinh dầu,
phương pháp chiết thu nhận tinh dầu bằng CO2 siêu tới hạn đã được
nghiên cứu và bước đầu đưa vào áp dụng [13].
Mendes và các cộng sự đã sử dụng SCO 2 với sự hỗ trợ của etanol
làm dung môi chiết bột củ Nghệ, kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất
thu nhận tinh dầu Nghệ cao nhất khi chiết ở điều kiện nhiệt độ 45 oC và

hiện nay chỉ được áp dụng trong phòng thí nghiệm [13].
1.6 Lựa chọn phương án công nghệ
Với mục đích thu nhận tinh dầu nghệ và curcumin, qua tài liệu
tham khảo và các khảo sát sơ bộ chúng tôi nhận thấy: Khi chưng cất thu
hồi tinh dầu nghệ bằng hơi nước bão hòa, chất lượng tinh dầu nghệ tốt,
mùi thơm, tuy nhiên do bị gia nhiệt trong môi trường nước nên bã sau
khi cất tinh dầu có màu nâu, kiểm tra trên TLC cho thấy hàm lượng
curcumin bị suy giảm mạnh, có nhiều sản phẩm phân hủy xuất hiện. Khi

Nguyễn Ngọc Anh - ĐH Bách Khoa HN
21


Chiết xuất Curcumin và tinh dầu Nghệ từ củ Nghệ vàng Việt Nam
chiết tinh dầu nghệ bằng dung môi hữu cơ (n - hexan, xăng), trong tinh
dầu có dư lượng dung môi và nhiều tạp chất khác, chi phí cho quá trình
sản xuất cao. Do vậy, để có thể vừa thu hồi tinh dầu, vừa chiết xuất
được curcumin chúng tôi lựa chọn phương án cất thu hồi tinh dầu bằng
hơi quá nhiệt.
Bột nghệ sau khi cất tinh dầu được chiết bằng hệ dung môi để
tách thu nhận curcumin. Dịch chiết được cô loại dung môi, kết tinh
curcumin.

Nguyễn Ngọc Anh - ĐH Bách Khoa HN
22


Chiết xuất Curcumin và tinh dầu Nghệ từ củ Nghệ vàng Việt Nam

Chương II: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu


Bộ chiết curcumin
500 g bột nghệ sau tách tinh dầu được nạp vào bình chiết dung
tích 2 lít, nạp 1 lít dung môi chiết, gia nhiệt có hồi lưu trên nồi cách
thuỷ. Dịch chiết được tháo kiệt khỏi bình chiết và cất cô thu hồi dung
môi. Quá trình chiết được lặp lại cho tới khi chiết triệt để curcumin.
Bổ xung hệ dung môi axeton/n - hexan vào cặn cô để kết tinh thu
curcumin, rửa sạch tinh thể bằng chính hệ dung môi này, sản phẩm
được sấy khô ở nhiệt độ 800C và đóng vào túi nilon.
2.3.3 Sắc ký lớp mỏng (TLC)
Phân tích sắc ký lớp mỏng được thực hiện trên lớp mỏng Silica
Gel Merck F254, theo các điều kiện sau:
- Tuyến xuất phát (Start): cách chân lớp mỏng 1,2 cm;
- Tiền tuyến dung môi (Front): cách tuyến xuất phát 3
cm, đây cũng là đoạn chạy triển khai sắc ký;

Nguyễn Ngọc Anh - ĐH Bách Khoa HN
24


Chiết xuất Curcumin và tinh dầu Nghệ từ củ Nghệ vàng Việt Nam

- Hệ dung môi triển khai:
Ete dầu hoả/Etyl axetat/Axeton, 3 : 2 : 0,2, v/v;
- Hiện màu: H2SO4 10 % trong CH3OH/H2O, 1 : 1, v/v.
2.3.4 Sắc ký cột (LC)
Curcumin được chiết xuất từ cao dịch chiết metanol của bột Nghệ
bằng phương pháp sắc ký lỏng - ảnh 2.1.

Ảnh 2.1 Sắc ký cột