Xem mẫu

T¹p chÝ Hãa häc, T. 45 (§B), Tr. 52 - 57, 2007 NGHI£N CøU T¸CH CURCUMIN Tõ Cñ NGHÖ VµNG B»NG PH¦¥NG PH¸P TRÝCH LY SI£U ¢M §Õn Tßa so¹n 15-11-2007 TrÇn Trung Kiªn, Nghiªm Xu©n S¬n, Phïng Lan H¬ng, Ph¹m V¨n Thiªm Bé m«n Qu¸ tr×nh ThiÕt bÞ C«ng nghÖ Hãa-Thùc phÈm, Tr/êng §¹i häc B¸ch khoa H2 Néi Summary The paper presents the first results of study on isolation of curcumin from curcuma longa L. by ultrasonic extraction. The results show that by using ultrasonic technique the extraction efficiency in comparison with the solid-liquid extraction with stirring and thermal treatment will be increased and in the other hand the extraction time will be reduced nearly 90%. In addition, ultrasonic extraction results in reducing cost and decomposed curcumin significantly due to the thermal treatment. This method requires only simple manipulation and equipments, and could be applied on pilot and industry scale. Keywords: curcumin, curcuma longa. L, ultrasonic extraction. I - Më ®Çu Curcumin C21H20O6 l mét hçn hîp cña ba curcuminnoit cã tªn l curcumin, demetoxy-curcumin v bisdemetoxycurcumin, ®’îc chiÕt ra tõ cñ nghÖ vng (tªn khoa häc Curcuma longa L., thuéc hä gõng) rÊt phæ biÕn ë Ên §é v §«ng Nam ¸. Ho¹t chÊt curcumin ®9 ®’îc chøng minh l Èn chøa nh÷ng ho¹t tÝnh sinh häc ®Æc biÖt, cã t¸c dông sinh häc rÊt quÝ, cã kh¶ n¨ng ch÷a c¸c bÖnh nan y: chèng oxi hãa [1], phßng v chèng ung th’ [2], chèng viªm [3], ch÷a bÖnh tim m¹ch [4], bÖnh ®¸i th¸o ®’êng [5] v b¶o vÖ tÕ bo thÇn kinh [6]…. ViÖc nghiªn cøu ph’¬ng ph¸p t¸ch chiÕt curcumin víi hiÖu suÊt v chÊt l’îng cao tõ cñ nghÖ v× thÕ l mét h’íng nghiªn cøu cã ý nghÜa quan träng c¶ vÒ mÆt khoa häc lÉn øng dông thùc tiÔn trong søc kháe ®êi sèng. C¸c nghiªn cøu cho tíi nay ®9 ¸p dông c¶ c«ng nghÖ truyÒn thèng l trÝch ly r¾n - láng th«ng th’êng (cã hoÆc kh«ng cã khuÊy trén), trÝch ly shoxlet [8], lÉn c«ng nghÖ hiÖn ®¹i l trÝch ly CO2 siªu tíi 52 h¹n [7, 10, 11]. Tuy nhiªn do hm l’îng curcumin trong cñ nghÖ nhá v kh¶ n¨ng ho tan trong c¸c dung m«i th«ng dông (etanol, metanol,…) thÊp nªn qu¸ tr×nh trÝch ly truyÒn thèng th’êng kÐo di 8 ¸ 48 h, ë nhiÖt ®é 50oC ¸ 70oC v hiÖu suÊt trÝch ly còng kh«ng cao. KÕt qu¶ kh¶o s¸t t¹i mét sè c¬ së s¶n xuÊt trong n’íc cho thÊy qu¸ tr×nh trÝch ly curcumin ph¶i kÐo di nhiÒu giê, l’îng curcumin trÝch ly ®’îc nhá h¬n 1% víi dung m«i etanol v nhá h¬n 2% víi dung m«i metanol. TrÝch ly curcumin theo ph’¬ng ph¸p CO2 siªu tíi h¹n cho kÕt qu¶ kh¸ tèt, hiÖu suÊt trÝch ly v ®é tinh khiÕt cao. Tuy nhiªn chi phÝ cho ph’¬ng ph¸p ny qu¸ ®¾t, kh«ng phï hîp víi thùc tÕ s¶n xuÊt ë ViÖt Nam hiÖn nay. §Ó kh¾c phôc nh÷ng h¹n chÕ trªn ®9 cã mét sè h’íng nghiªn cøu nh’: - T¨ng nhiÖt ®é trÝch ly dÉn ®Õn t¨ng hiÖu suÊt trÝch ly, rót ng¾n thêi gian nh’ng l¹i khiÕn curcumin ph©n huû m¹nh: l’îng curcumin ph©n huû ë 50oC l 2% v ë 70oC l 4% [7]. - TiÕn hnh trÝch ly nhiÒu bËc cã thÓ thu triÖt ®Ó l’îng curcumin, t¨ng hiÖu suÊt trÝch ly nh’ng còng t¨ng thêi gian v hm l’îng t¹p chÊt lªn nhiÒu lÇn. - TiÕn hnh trÝch ly curcumin víi c¸c dung m«i kh¸c nhau [9]: trong ®ã mét sè dung m«i nh’ natri butyl mono glycol sunfat, natri salicylat cho phÐp trÝch ly curcumin kh¸ triÖt ®Ó víi ®é chän läc cao. Tuy nhiªn qu¸ tr×nh trÝch ly vÉn mÊt nhiÒu thêi gian, c¸c lo¹i dung m«i trªn kh«ng phæ biÕn, chi phÝ cao v cã tÝnh ®éc kh«ng thËt sù phï hîp víi qu¸ tr×nh trÝch ly c¸c chÊt phôc vô c«ng nghiÖp d’îc v thùc phÈm. Bi b¸o ny øng dông sù hç trî cña sãng siªu ©m vo qu¸ tr×nh trÝch ly curcumin tõ cñ nghÖ. Siªu ©m l mét ph’¬ng ph¸p kh«ng sö dông nhiÖt cã t¸c dông ph¸ vì c¬ häc thnh tÕ bo v n©ng cao hiÖu qu¶ chuyÓn khèi. ¦u ®iÓm ny ®’îc øng dông vo trÝch ly ®Ó hç trî sù ph¸ hñy tÕ bo nhanh h¬n v hiÖu qu¶ h¬n so víi trÝch ly khuÊy trén. So víi c¸c ph’¬ng ph¸p kh«ng gia nhiÖt kh¸c nh’ ¸p suÊt thñy tÜnh cao (HP), khÝ nÐn CO2 (cCO2) v CO2 siªu tíi h¹n (ScCO2)…, siªu ©m dÔ dng thö nghiÖm trong phßng thÝ nghiÖm, cho kÕt qu¶ cã tÝnh lÆp l¹i cao phï hîp víi viÖc chuyÓn qui m«. ý t’ëng sö dông siªu ©m cßn nh»m gi¶m c«ng ®o¹n xö lý nguyªn liÖu ®Çu, gi¶m ®¸ng kÓ thêi gian trÝch ly, kh«ng ph¶i gia nhiÖt m kh«ng lm gi¶m hiÖu suÊt trÝch ly dÉn ®Õn gi¶m chi phÝ ®¸ng kÓ. Cã thÓ thÊy ®©y l mét kÕt qu¶ ban ®Çu rÊt ®¸ng khÝch lÖ ®Ó tiÕn tíi nghiªn cøu c¶i tiÕn ®’a ra mét c«ng nghÖ tèi ’u trÝch ly curcumin tõ cñ nghÖ ë qui m« b¸n s¶n xuÊt v c«ng nghiÖp. II - Nguyªn liÖu, thiÕt bÞ v, ph¬ng ph¸p nghiªn cøu 1. Nguyªn liÖu nghiªn cøu ë n’íc ta, nghÖ vng ®’îc trång nhiÒu ë B¾c Giang, Kho¸i Ch©u, H’ng Yªn, CÇn Th¬, v× thÕ chóng t«i sö dông nguyªn liÖu l cñ nghÖ kh« lÊy tõ B¾c Giang víi 2 kÝch th’íc kh¸c nhau: d¹ng bét v d¹ng l¸t dy 3 mm. Dung m«i trÝch ly: etanol 90O Dung m«i, hãa chÊt ph©n tÝch: dung dÞch ®Öm phosphate 0,02 M pha theo D§VN III tËp 1, metanol HPLC, axeton nitril HPLC. 2. ThiÕt bÞ HÖ thèng trÝch ly cã khuÊy trén t¹i Phßng thö nghiÖm Trung t©m Gi¸o dôc v Ph¸t triÓn s¾c ký Tr’êng §¹i häc B¸ch khoa H Néi. ThiÕt bÞ siªu ©m: thiÕt bÞ siªu ©m cña h9ng Telsonic (Thôy SÜ) lo¹i TPC-280. ThiÕt bÞ s¾c ký HPLC: m¸y s¾c ký HPLC Agilent 1100, Detector: UV-VIS, cét pha ®¶o RP - C18 25 cm, ®’êng kÝnh trong 4 mm, kÝch th’íc h¹t nhåi 5 mm. 3. Ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu TrÝch ly th’êng cã khuÊy trén: Thêi gian trÝch ly l 8 giê, nhiÖt ®é l 60oC, dÞch trÝch thu ®’îc ®’îc xö lý tiÕp nh’ dÞch trÝch ë qu¸ tr×nh trÝch ly siªu ©m (h×nh 1). TrÝch ly siªu ©m: Sãng siªu ©m cã t¸c dông khuÊy trén m¹nh, lm di chuyÓn c¸c líp chÊt láng t¹o ra sù chªnh lÖch nång ®é ë bÒ mÆt ph©n c¸ch c¸c pha do hiÖu øng ch¶y ©m v hiÖu øng t¹o lç hæng, t¨ng c’êng ®é khuÕch t¸n ®èi l’u. TÇn sè siªu ©m cao th× sù khuÊy trén cng m¹nh. Nh’ng tÇn sè sãng siªu ©m lín sÏ lm cho vËt liÖu bÞ xÐ nhá, t¹o ®iÒu kiÖn cho c¸c t¹p chÊt sÏ hßa tan trong dung m«i. Do ®ã víi mçi vËt liÖu ®ßi hái mét d¶i tÇn sè sãng thÝch hîp nªn chóng t«i ®9 thö nghiÖm trÝch ly siªu ©m víi 3 tÇn sè kh¸c nhau: 35 KHz, 25 KHz, 20 KHz. Thêi gian trÝch ly l 10, 15 v 20 phót, nhiÖt ®é l 28oC. C¸c mÉu nghÖ ®’îc ng©m trong dung m«i theo tû lÖ 1:6 v ®’a vo bÓ siªu ©m ®Ó trÝch ly theo c¸c thêi gian v tÇn sè trªn. Ton bé quy trÝch t¸ch curcumin tiÕp theo ®’îc tãm t¾t trong s¬ ®å h×nh 1. §Þnh l’îng curcumin theo [12]: B’íc sãng ph¸t hiÖn 425 nm, vËn tèc dßng 0,6 ml/phót, thÓ tÝch tiªm 20 µl. III - KÕt qu¶ v, th¶o luËn KÕt qu¶ thö nghiÖm ®’îc tr×nh by trªn h×nh 2 v 3. H×nh 2 l kÕt qu¶ trÝch ly curcumin tõ nghÖ l¸t dy 3 mm, chØ ra sù ¶nh h’ëng cña thêi gian 53 qu¶ t’¬ng tù trªn h×nh 3 ®èi víi trÝch ly curcumin tõ bét nghÖ. H×nh 1: Quy tr×nh t¸ch curcumin v tÇn sè ®èi víi hiÖu suÊt trÝch ly bëi ph’¬ng ph¸p trÝch ly siªu ©m, cã so s¸nh víi ph’¬ng ph¸p trÝch ly r¾n láng cã khuÊy v gia nhiÖt. KÕt Kh¶o s¸t s¬ bé c¸c sè liÖu cho thÊy thêi gian trÝch ly thÝch hîp l 15 phót, gi¶m 192 lÇn so víi trÝch ly th«ng th’êng kh«ng khuÊy trén ë cïng ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é, gi¶m 32 lÇn (gi¶m h¬n 90%) so víi tr’êng hîp cã khuÊy trén v gia nhiÖt. HiÖu suÊt thu ®’îc tõ trÝch ly siªu ©m cßn cao h¬n trÝch ly th’êng cã khuÊy trén v gia nhiÖt. KÕt qu¶ ny, céng víi viÖc lo¹i bá thao t¸c gia nhiÖt kh«ng nh÷ng lm t¨ng n¨ng suÊt qu¸ tr×nh trÝch ly m cßn gi¶m n¨ng l’îng tiªu thô còng nh’ gi¶m l’îng curcumin ph©n huû do nhiÖt ®é. C¸c kÕt qu¶ còng chøng tá hiÖu suÊt trÝch ly t¨ng theo tÇn sè sãng siªu ©m v qu¸ tr×nh trÝch ly kh«ng yªu cÇu chÆt chÏ vÒ kÝch th’íc vËt liÖu. Víi kÕt luËn ny, trong nh÷ng nghiªn cøu tiÕp theo chóng t«i sÏ tiÕn hnh thö nghiÖm dïng siªu ©m ®Ó tiÒn xö lý cñ nghÖ th«, bao gåm röa v trÝch ly trùc tiÕp tõ nghÖ l¸t. Nh’ vËy tiÕp tôc gãp phÇn gi¶m ®’îc gi¸ thnh. Trích ly siêu âm ngh lát 3mm 10 15 20 480 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 20 KHz 25 KHz 35 KHz Khuy Thi gian, phút H×nh 2: ¶nh h’ëng cña tÇn sè, thêi gian trÝch tíi hiÖu suÊt trÝch ly curcumin tõ nghÖ l¸t dy 3 mm 54 Trích ly siêu âm ngh lát 3mm 10 15 20 480 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 20 KHz 25 KHz 35 KHz Khuy Thi gian, phút H×nh 3: ¶nh h’ëng cña tÇn sè, thêi gian trÝch tíi hiÖu suÊt trÝch ly curcumin tõ bét nghÖ Bªn c¹nh hiÖu suÊt trÝch ly, ®é tinh khiÕt cña s¶n phÈm còng ®’îc kiÓm tra th«ng qua ph©n tÝch s¾c ký (HPLC) víi 2 tr’êng hîp nguyªn liÖu ®9 t¸ch tinh dÇu (d¹ng bét-h×nh 5) v ch’a t¸ch tinh dÇu (d¹ng l¸t 3 mm- h×nh 4). KÕt qu¶ cho thÊy thêi gian l’u cña curcumin l 5,1 phót. Bªn c¹nh pic chÝnh cã mét pic phô cã thêi gian l’u l 4 phót nh’ng diÖn tÝch bÐ, cã thÓ ®©y l mét dÉn xuÊt cña curcumin. DiÖn tÝch pic s¾c ký thu ®’îc l mét hm phô thuéc vo nång ®é cña curcumin, râ rng víi cïng l’îng mÉu gièng nhau, diÖn tÝch pic kh¸c nhau tøc l ®é tinh khiÕt kh¸c nhau. So s¸nh víi mÉu curcumin chuÈn (h×nh 6) th× cã thÓ ®¸nh gi¸ mÉu nghÖ ch’a t¸ch tinh dÇu cã ®é tinh khiÕt 55,0%, mÉu nguyªn liÖu ®9 t¸ch tinh dÇu cã ®é tinh khiÕt 72,9%. C¸c kÕt qu¶ vÒ ®é tinh khiÕt cña s¶n phÈm ®¹t ®’îc theo qui tr×nh t¸ch (h×nh 1) chØ dïng mét b’íc kÕt tinh kh¼ng ®Þnh thªm h’íng nghiªn cøu dïng trÝch ly siªu ©m ®9 ®¹t ®’îc ®é chän läc cao. H×nh 4: S¾c ký ®å dÞch chiÕt curcumin tõ nghÖ ch’a t¸ch tinh dÇu 55 H×nh 5: S¾c ký ®å dÞch chiÕt curcumin tõ nghÖ ®9 t¸ch tinh dÇu H×nh 6: S¾c ký ®å mÉu chuÈn curcumin IV - KÕt luËn Víi c¸c kÕt qu¶ thu ®’îc chóng t«i cã mét sè kÕt luËn sau: - §9 kh¶o s¸t 3 th«ng sè ¶nh h’ëng ®Õn qu¸ tr×nh trÝch ly siªu ©m curcumin l thêi gian, tÇn sè v d¹ng nguyªn liÖu ®Çu. KÕt qu¶ cho thÊy hiÖu suÊt trÝch ly t¨ng cïng víi tÇn sè, thêi gian trÝch ly thÝch hîp kho¶ng 15 phót v qu¸ tr×nh trÝch ly kh«ng yªu cÇu chÆt chÏ vÒ h×nh d¹ng v kÝch th’íc vËt liÖu. - Sö dông trÝch ly siªu ©m kh«ng lm gi¶m hiÖu suÊt trÝch ly so víi ph’¬ng ph¸p trÝch ly cã khuÊy trén v gia nhiÖt m cßn gi¶m h¬n 90% thêi gian trÝch ly. H¬n n÷a, viÖc kh«ng ph¶i gia nhiÖt dÉn tíi gi¶m ®’îc ®¸ng kÓ chi phÝ còng nh’ lm gi¶m ®’îc l’îng curcumin ph©n hñy do nhiÖt ®é. - Sö dông trÝch ly siªu ©m cho ®é chän läc cao cña s¶n phÈm ngay c¶ víi dung m«i rÎ tiÒn v phæ biÕn nh’ etanol 96%. Nh’ vËy kÕt qu¶ bi b¸o l c¬ së cho viÖc nghiªn cøu qui tr×nh tèi ’u trÝch ly curcumin b»ng ph’¬ng ph¸p trÝch ly siªu ©m. ThiÕt bÞ v ph’¬ng ph¸p t’¬ng ®èi ®¬n gi¶n, rÊt phï hîp ®Ó triÓn khai chuyÓn sang qui m« Pilot v c«ng nghiÖp. Acknowledgment: The authors gratefully acknowledge the receipt of a grant from the Flemish Interuniversity Council for University Development cooperation (VLIR UOS) which enabled them to carry out this work. 56 ... - tailieumienphi.vn
nguon tai.lieu . vn