Khảo sát quy trình chiết tách và hoạt tính sinh học của curcumin từ cây nghệ vàng curcuma longa l

được trồng ở Bình Dương bằng cách kết hợp quá trình trích ly curcumin với quá trình tách tinh dầu và không sử dụng các dung môi hữu cơ để tách loại chất béo như những quy trình trích ly

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HỮU ANH TUẤN

KHẢO SÁT QUY TRÌNH CHIẾT TÁCH VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CURCUMIN TỪ CÂY NGHỆ VÀNG

CURCUMA LONGA L

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TS NGUYỄN HỮU LƯƠNG

Luận văn được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ, TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng 01 năm 2008

Lời cảm ơn

Đầu tiên, cho tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô TRẦN THỊ VIỆT HOA đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện nhiệm vụ luận văn, cảm ơn cô vì những bài học trong công việc và cuộc sống cô đã dạy Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy PHAN THANH SƠN NAM đã hướng dẫn và g iúp đỡ tôi trong thời gian qua

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Công nghệ Hóa học, bộ môn Hóa hữu cơ, cô Phan Thị Hoàng Anh, chị Phan Thị Thanh Bình đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn Cảm ơn thầy cô đã cho tôi kiến thức Cảm ơn thầy Huỳnh Khánh Duy

Cảm ơn bạn bè, LTNH, các anh khóa 1999, các em khóa 2002, khóa 2003, các đồng nghiệp tại Bộ môn Công nghệ Hóa học – Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh những người đã sẻ chia với tôi trong thời gian thực hiện luận văn

Và cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, ba mẹ, các em đã dành cho con/cho anh mọi điều tốt đẹp nhất

NGUYỄN HỮU ANH TUẤN

những thành phần có giá trị sử dụng cao trong công nghệ sản xuất dược phẩm, thực phẩm và mỹ phẩm

Trong luận văn này, chúng tôi đã cải tiến quy trình tách curcumin và tinh dầu từ củ

nghệ vàng Curcuma Longa L được trồng ở Bình Dương bằng cách kết hợp quá trình

trích ly curcumin với quá trình tách tinh dầu và không sử dụng các dung môi hữu cơ

để tách loại chất béo như những quy trình trích ly curcumin được công bố trước đây Hiệu suất thu hồi curcumin đạt khoảng 95% với độ tinh khiết trên 96%, được xác định bằng phương pháp sắc ký lỏng cao áp (HPLC) và hiệu suất thu hồi tinh dầu đạt trên 1.2% Thành phần chính trong tinh dầu nghệ vàng Bình Dương thu được là ar-turmerone (52.05%), curlone (16.69%) Curcumin (EC50 = 16.3 μM) và tinh dầu nghệ vàng (EC50 = 50.5 μM) có hoạt tính kháng oxy hoá tốt hơn trolox (EC50 = 258.2 μM)

Curcumin có tác dụng với vi khuẩn Bacillus subtilus, Staphylococcus aureus,

Salmonella typhi ở nồng độ ức chế vi khuẩn tối thiểu lần lượt là 0.05mg/ml;

0,10mg/ml và 1.00mg/ml

Kết quả khảo sát quá trình trích ly có hỗ trợ của vi sóng cho thấy thời gian trích ly ngắn hơn (6 lần) so với phương pháp trích ly thường Tuy nhiên độ tinh khiết của sản phẩm thấp hơn Phương pháp hỗ trợ vi sóng phù hợp để sản xuất những dạng curcumin công nghiệp sử dụng cho những mục đích không đòi hỏi độ tinh khiết cao như trong dược phẩm

Curcuma Longa L has exhibited as an excellent source of curcumin and essential oils,

having wide scale applications in pharmaceutical, food and cosmetic industry In this thesis, improvements on separation processes of curcumin and essential oils from

Curcuma Longa L cultivated in Binh Duong have been made, combining the

curcumin extraction and steam distillation of essential oils, without the extraction of fatty components using any nonpolar organic solvent Recovered curcumin yield was over 95% with the purity of over 96% (HPLC), while over 1.2% of essential oil were achieved Main components of the essential oils were ar-turmerone (52.05%) and curlone (16.69%) It was observed that the curcumin (EC50 = 16.3 μM) and the essential oils (EC50 = 50.7 μM) exhibited better antioxidant activity than trolox (EC50

= 258.2 μM) It was also found that the curcumin had antibacterial activity against

Bacillus subtilus, Staphylococcus aureus, Salmonella typhi at the MIC of 0.05 mg/l;

0.1 mg/l and 1 mg/l respectively

Microwave assisted extraction technique was also investigated for rapid extraction of

curcuminoids from the above material (pulverized Curcuma longa L rhizomes which

was steam distillate for essential oils) Extraction was carried out by ethanol – water solvent system, simultineously irradiation in a domestic microwave oven Whirpool (Power max 850 watts, frequency 2450 MHz) Recovered curcuminoid yield was 94.39% with the purity of 86.74% However, the extraction time was shorter six times than conventional methods

MỤC LỤC MỤC LỤC I

DANH MỤC CÁC HÌNH, BẢNG VÀ ĐỒ THỊ V

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IX

CHƯƠNG 1 1

TỔNG QUAN 1

1.1 Cây nghệ 1

1.1.1 Đặc điểm thực vật 2

1.1.2 Phân bố sinh thái 2

1.1.3 Trồng trọt và thu hoạch 3

1.1.4 Thành phần thân rễ nghệ 3

1.2 Tinh dầu nghệ 4

1.3 Curcuminoid 9

1.3.1 Cấu trúc hóa học các hợp chất curcuminoid trong nghệ 11

1.3.2 Tính chất vật lý 15

1.3.3 Tính chất hóa học 18

1.3.4 Phương pháp xác định curcuminoid 24

1.3.5 Khả năng phân tách các đồng phân curcuminoid 26

1.4 Dược tính của curcuminoid 27

1.5 Phương pháp trích ly curcuminoid từ nghệ 38

1.6 Một số công trình nghiên cứu trong nước về cây nghệ vàng Curcuma longa L.

46

CHƯƠNG 2 47

THỰC NGHIỆM 47

2.1 Mục đích và nội dung nghiên cứu 47

2.2 Tiến trình thực nghiệm 48

2.3 Khảo sát nguyên liệu 48

2.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu 48

2.3.2 Xác định độ ẩm của nguyên liệu 48

2.3.3 Phân tích sơ bộ hóa thực vật nguyên liệu củ nghệ 49

2.3.4 Xác định hàm lượng curcuminoid trong bột nghệ 49

2.4 Khảo sát hàm lượng, thành phần và tính chất hóa lý của tinh dầu 50

2.4.1 Xác định tính chất hóa lý của tinh dầu 51

2.4.2 Xác định thành phần tinh dầu nghệ 55

2.5 Khảo sát quá trình trích ly curcuminoid từ nguyên liệu củ nghệ 56

2.5.1 Khảo sát phương pháp trích ly curcuminoid 56

2.5.2 Khảo sát sơ bộ lựa chọn quy trình tách curcuminoid từ nghệ tươi 57

2.5.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly curcuminoid theo quy trình 3 (trong thiết bị Soxhlet) 60

2.5.4 Khảo sát quy trình trích ly curcuminoid từ củ nghệ với sự hỗ trợ của vi sóng61 2.6 Định tính, định lượng curcuminoid 63

2.7.1 Hoạt tính kháng oxy hóa của curcuminoid và tinh dầu 65

2.7.2 Hoạt tính kháng khuẩn của sản phẩm curcuminoid 66

CHƯƠNG 3 68

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 68

3.1 Khảo sát nguyên liệu 68

3.1.1 Phân tích sơ bộ hóa thực vật bột nghệ 69

3.1.2 Hàm lượng curcuminoid tổng trong bột nghệ vàng Bình Dương 70

3.2 Tinh dầu nghệ 71

3.2.1 Kết quả tách tinh dầu 71

3.2.2 Thành phần và tính chất của tinh dầu 72

3.3 Khảo sát quá trình trích ly curcuminoid từ củ nghệ 74

3.3.1 Xử lý nguyên liệu 74

3.3.2 Khảo sát phương pháp trích ly curcuminoid 75

3.3.3 Khảo sát sơ bộ lựa chọn quy trình tách curcuminoid 76

3.3.4 Kết quả khảo sát điều kiện trích ly curcuminoid (trong thiết bị Soxhlet) 78

3.3.4.1 Khảo sát nồng độ hệ dung môi trích ly ethanol – nước 78

3.3.4.2 Khảo sát tỷ lệ nguyên liệu/dung môi .80

3.3.4.3 Khảo sát thời gian trích ly 83

3.3.5 Kết quả khảo sát điều kiện trích ly curcuminoid trong điều kiện vi sóng (Phương pháp trích ly trực tiếp) 85

a Khảo sát nồng độ ethanol trong hệ dung môi ethanol – nước 85

b Khảo sát tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 88

c Khảo sát thời gian trích .90

3.4 Kết quả định tính và định lượng curcuminoid 92

3.4.1 Kết quả đo điểm chảy 92

3.4.2 Kết quả TLC 93

3.4.3 Kết quả định lượng bằng UV – Vis 94

3.4.4 Kết quả của HPLC, LC – MS 95

3.5 Kết quả khảo sát hoạt tính sinh học của tinh dầu và curcuminoid 96

3.5.1 Khảo sát hoạt tính kháng oxy hoá của tinh dầu và curcuminoid 96

3.5.2 Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của curcuminoid 99

CHƯƠNG 4 101

KẾT LUẬN 101

TÀI LIỆU TRÍCH DẪN 104

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 111

PHỤ LỤC 112

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Cây nghệ vàng Curcuma longa L .1

Hình 1.2: Cấu trúc một số thành phần trong tinh dầu nghệ 6

Hình 1.3: Hình ảnh một số loại nghệ thuộc loại curcuma 9

Hình 1.4: Cấu trúc của các curcuminoid–thành phần chính trong thân rễ nghệ 11

Hình 1.5: Đồng phân cis – trans – curcumin (curcumin (1) là đồng phân trans – trans – curcumin) 12

Hình 1.6: Cấu trúc curcuminoid dùng trong bảng 1.7, 1.8, 1.9 12

Hình 1.7: Quá trình tautomer hóa của các hợp chất curcuminoid (curcumin, demethoxycurcumin, bisdemethoxycurcumin) 15

Hình 1.8: Các đồng phân enol - keto của curcumin 15

Hình 1.9: Các dạng phân ly của curcumin .17

Hình 1.10: Cấu trúc phức 2:1 của curcuminoid – kim loại (M: Kim loại) 19

Hình 1.11: Anion diketonate 19

Hình 1.12: Sản phẩm phân hủy của curcumin .21

Hình 1.13: Sản phẩm phân hủy chính của curcumin trong dung dịch đệm 0.1 M phosphate tại pH 7.2 22

Hình 1.14: Sắc ký bảng mỏng của các hợp chất curcuminoid 25

Hình 1.15: Cơ chế bắt gốc tự do của vitamin C (Ascorbate – AscH−) 30

Hình 1.16: Quá trình chuyển hóa sinh học của curcumin trong cơ thể chuột 34

Hình 1.17: Cấu trúc của các hợp chất 1÷6 thu được từ phản ứng của curcumin và các peroxyl 36

Hình 1.18: Cơ chế quá trình kháng oxy hóa của curcumin đối với chuỗi lipid (ethyl

linoleate) chưa bão hòa bị oxy hóa 37

Hình 1.19: Cấu trúc thành tế bào thân rễ nghệ trước và sau khi chịu tác động của vi sóng 40

Hình 1.20: Hệ thống trích ly với sự hỗ trợ của vi sóng 41

Hình 1.21: Cấu tạo một số hợp chất tăng tan 43

Hình 1.22: Cấu tạo phospholipids kép của màng tế bào 44

Hình 1.23: Cấu trúc tế bào thân rễ nghệ dưới tác dụng của chất tăng tan 45

Hình 2.1: Thiết bị chưng lôi cuốn hơi nước 10 lít dùng tách tinh dầu từ nghệ 51

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống Soxhlet và hệ trích ly trực tiếp có hồi lưu 57

Hình 2.3: Sơ đồ lắp ráp dụng cụ trích ly có sự hỗ trợ của vi sóng 61

Hình 2.4: Minh họa phương pháp pha loãng trong bản thạch 67

Hình 3.1: Kết quả TLC 92

Hình 3.2: Kết quả TLC 93

Hình 3.3: Phổ LC – MS của mẫu curcuminoid ở điều kiện tối ưu 95

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ Đồ thị 1.1: % ABTS•+ còn lại sau 1 giờ sau khi ủ dung dịch THC/curcuminoid/ curcumin/vitamin E (dung môi ethanol) 33

Đồ thị 1.2: % ABTS•+ còn lại sau 1 giờ sau khi ủ dung dịch E/500 (vitamin E 500 mcg/ml) 35

Đồ thị 3.1: Kết quả khảo sát độ tinh khiết và hiệu suất tách curcuminoid theo quy trình 1, 2 và 3 76

Đồ thị 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ EtOH lên độ tinh khiết của curcuminoid 78

Đồ thị 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ EtOH lên hiệu suất tách curcuminoid 78

Đồ thị 3.4: Ảnh hưởng của tỉ lệ R/L lên độ tinh khiết của curcuminoid 80

Đồ thị 3.5: Ảnh hưởng của tỉ lệ R/L lên hiệu suất tách curcuminoid 81

Đồ thị 3.6: Ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng curcuminoid 83

Đồ thị 3.7: Ảnh hưởng của thời gian lên hiệu suất tách curcunimoid 83

Đồ thị 3.8: Ảnh hưởng của nồng độ ethanol trong hệ dung môi ethanol – nước lên độ tinh khiết của curcuminoid trong điều kiện vi sóng 85

Đồ thị 3.9: Ảnh hưởng của nồng độ ethanol trong hệ dung môi ethanol – nước lên hiệu suất trích ly trong điều kiện vi sóng 86

Đồ thị 3.10: Ảnh hưởng của tỉ lệ R/L lên Ccur. trong điều kiện vi sóng 88

Đồ thị 3.11: Ảnh hưởng của tỉ lệ R/L lên hiệu suất trích ly trong điều kiện vi sóng88 Đồ thị 3.12: Ảnh hưởng của thời gian trích ly lên Ccur. trong điều kiện vi sóng 90

Đồ thị 3.13: Ảnh hưởng của thời gian trích ly lên H(%) trong điều kiện vi sóng 90

Đồ thị 3.14: Đường chuẩn dung dịch curcuminoid trong ethanol 94

Đồ thị 3.15: Hoạt tính kháng oxy hoá của curcuminoid, tinh dầu nghệ và trolox xác định theo phương pháp DPPH 97

Đồ thị 3.16: Hoạt tính kháng oxy hoá của curcuminoid, tinh dầu nghệ và trolox xác định theo phương pháp MDA 99

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1: Cơ chế kháng viêm 39

Sơ đồ 2.1: Quy trình 1 54

Sơ đồ 2.2: Quy trình 2 55

Sơ đồ 2.3: Quy trình 3 55

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần của thân rễ nghệ 4

Bảng 1.2: Thành phần của các hợp chất trong tinh dầu nghệ 7

Bảng 1.3: Một số tính chất vật lý của tinh dầu nghệ 7

Bảng 1.4: Tỉ lệ của các curcuminoid trong một số loại curcuminoid trên thị trường (phân tích HPLC) 10

Bảng 1.5: Thông tin phổ NMR, IR, và MS của curcumin I 13

Bảng 1.6: Thông tin phổ NMR, IR, và MS của curcumin II 13

Bảng 1.7: Thông tin phổ NMR, IR, và MS của curcumin III 14

Bảng 1.8: Các thông số lý hóa của các hợp chất curcuminoid 16

Bảng 1.9: Đặc trưng màu của các thành phần curcuminoid (curcumin, demethoxycurcumin và bisdemethoxycurcumin) 17

Bảng 1.10: Hệ số Rf của các curcuminoid trên các hệ dung môi triển khai khác nhau bằng TLC 25

Bảng 1.11: Giá trị EC50 của THC/curcuminoid/curcumin/vitamin E khi sử dụng gốc tự do từ ABTS 33

Bảng 1.12: Nồng độ chất tăng tan tối thiểu (MHC) của một số chất tăng tan 42

Bảng 3.1: Kết quả đo độ ẩm của nghệ tươi 68

Bảng 3.2: Kết quả phân tích sơ bộ hóa thực vật bột nghệ vàng Bình Dương 69

Bảng 3.3: Tính toán hàm lượng curcuminoid tổng trong nguyên liệu khảo sát 70

Bảng 3.4: Kết quả tách tinh dầu theo quy trình 3 .71

Bảng 3.5: Thành phần hóa học tinh dầu nghệ Bình Dương thu được bằng phương pháp chưng lôi cuốn hơi nước (trong thiết bị chưng có thể tích 10 lít) .72

Bảng 3.6: Các chỉ số hóa lý của tinh dầu nghệ vàng Bình Dương thu được bằng

phương pháp chưng lôi cuốn hơi nước (trong thiết bị chưng có thể tích 10 lít) 73

Bảng 3.7: Kết quả xử lý nguyên liệu 74

Bảng 3.8: Kết quả khảo sát phương pháp trích ly curcuminoid 75

Bảng 3.9: Kết quả khảo sát sơ bộ lựa chọn quy trình tách curcuminoid 76

Bảng 3.10: Kết quả khảo sát nồng độ dung môi 79

Bảng 3.11: Kết quả khảo sát tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 81

Bảng 3 12: Kết quả khảo sát thời gian trích ly 83

Bảng 3.13: Ảnh hưởng của nồng độ ethanol trong điều kiện vi sóng 86

Bảng 3.14: Ảnh hưởng của tỉ lệ R/L trong điều kiện vi sóng 87

Bảng 3.15: Ảnh hưởng của thời gian trích ly trong điều kiện vi sóng 91

Bảng 3.16: Kết quả đo điểm chảy 93

Bảng 3.17: Độ hấp thu A của dung dịch chuẩn 94

Bảng 3.18: Kết quả khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của curcuminoid (DPPH test) .97

Bảng 3.19: Hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu nghệ (DPPH test) 97

Bảng 3.20: Hoạt tính kháng oxy hóa của curcuminoid (MDA test) 99

Bảng 3.21: Hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu (MDA test) 99

Bảng 3.22: Xác định nồng độ ức chế vi khuẩn tối thiểu của curcuminoid 100

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

%SAcOEt: % diện tích sắc ký ethylacetate

ABTS:2,2’-azinobis-3-ethylbenzothiazoline sulphonic acid

HPLC: Hight performent liquid chromatography

HTCO: Hoạt tính chống oxy hóa

IR: Infrared

LC–MS: Liquid chromatography – mass spectroscopy

mhh: Khối lượng hỗn hợp sản phẩm

mAcOEt: Khối lượng ethylacetate

MDA: Malonyl dialdehyde

MIC: Nồng độ ức chế tối thiểu

nEtOH: Số mol ethanol

nAcOH: Sốmol acid acetic

NMR: Nuclear m resonance

OD: Optical density (Mật độ quang)

R/L: Tỉ lệ nguyên liệu (g)/dung môi (ml)

THC: Tetrahydrocurcumin

THF: Tetrahydrofuran

TLC: Thin layer chromatography

ĐẶT VẤN ĐỀ

Nghệ vàng Curcuma longa L là nguồn cung cấp curcuminoid và tinh dầu nghệ

Đây là những thành phần có giá trị sử dụng cao trong dược phẩm, thực phẩm và mỹ phẩm

Trong dân gian và Đông y, nghệ đã được dùng như phương thuốc hữu hiệu để trị tụ huyết, máu cam, thoa chống vết thương tụ máu, làm mau lành sẹo, trị viêm gan, vàng da, đau dạ dày,…Trong Tây y, nhiều loại thuốc chứa tá dược có nguồn gốc từ nghệ cũng được sử dụng điều trị nhiều loại bệnh Curcumin là một trong những hợp chất tiêu biểu có nguồn gốc từ thiên nhiên có khả năng chống ung thư hiệu quả mà

an toàn, có khả năng ngăn ngừa sự phát triển của các tế bào ung thư mà không gây hại đến các tế bào lành khác Những nghiên cứu gần đây cho thấy curcumin còn có

tác dụng trong điều trị HIV

Màu vàng của nghệ là chất màu thiên nhiên được Dược điển công nhận với mã số E.100 để nhuộm màu dược phẩm thay thế dần những chất màu tổng hợp như tartrazine E.102 Như đã biết, chất màu thiên nhiên đóng vai trò quan trọng trong hai nền công nghiệp lớn: công nghiệp dược phẩm và công nghiệp thực phẩm Một trong những nguyên nhân thường gây ra ngộ độc thực phẩm là sử dụng chất màu công nghiệp để nhuộm thức ăn Vì thế, việc sử dụng những chất màu thiên nhiên, không độc, đáp ứng tiêu chuẩn y tế trong việc nhuộm màu thực phẩm – dược phẩm đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng

Ngoài ra, tinh dầu nghệ, curcumin và dẫn xuất hydro hóa curcumin không màu (tetrahydrocurcumin) là những thành phần hoạt tính quan trọng được sử dụng nhiều trong các loại mỹ phẩm

Khả năng ứng dụng của curcuminoid rất lớn vì vậy nghiên cứu tìm và cải tiến quy trình chiết tách, làm tinh curcuminoid từ nghệ là yêu cầu hết sức cấp thiết Tình

hình nghiên cứu trong nước cho thấy chỉ riêng việc khai thác nghệ để chế biến làm các chất gia vị, chất màu và chất màu tan trong nước để sử dụng trong thực phẩm, điều chế thành các hợp chất có hoạt tính sinh học và dược lý mạnh ứng dụng trong

mỹ phẩm và dược phẩm cũng đủ mở ra một hướng đi khả thi với nguồn tài nguyên nghệ phong phú của Việt Nam

Việc tận dụng nghệ, một nguồn dược liệu rẻ tiền, phong phú trong nước và áp dụng

kỹ thuật bào chế Tây y hiện đại sẽ tạo ra nguồn dược phẩm, mỹ phẩm cũng như phụ gia thực phẩm nội địa, vừa kế thừa phát huy tiềm năng y học cổ truyền, góp phần bảo vệ hữu hiệu sức khoẻ cho nhân dân

Trong báo cáo này, các kết quả nghiên cứu ban đầu về tách chiết curcuminoid từ

thân rễ nghệ vàng Curcuma longa L được trồng tại Bình Dương được thực hiện

theo quy trình có kết hợp với tách thu sản phẩm tinh dầu và không đi qua giai đoạn loại béo bằng các dung môi hữu cơ nhằm giảm đơn giản hoá quy trình, tiết kiệm nguyên vật liệu và năng lượng mà vẫn bảo đảm chất lượng sản phẩm curcuminoid Hoạt tính kháng oxy hóa và kháng khuẩn của curcuminoid tách ra được bước đầu khảo sát và đánh giá Theo hiểu biết của chúng tôi, các nghiên cứu về nghệ vàng trồng ở Bình Dương cũng như phương pháp tách curcuminoid kết hợp với tách tinh dầu và không qua giai đoạn loại béo chưa thấy công bố trên các tạp chí chuyên ngành trong nước

Một yếu tố quan trọng khác đối với các quy trình chiết tách quy mô công nghiệp là thời gian của quá trình Do vậy, quy trình chiết tách curcuminoid từ thân rễ nghệ

vàng Curcuma longa L được thực hiện với sự hỗ trợ của vi sóng Hướng nghiên

cứu này bước đầu đã được công bố trên một số bài báo [19,38] ở nước ngoài, tuy nhiên chưa nghiên cứu trên hệ dung môi ethanol – nước, cũng như chưa nghiên cứu trên nguyên liệu đã qua giai đoạn tách tinh dầu đặc biệt là đối với nghệ xà cừ ở Bình Dương

curcuma Jacq, Curcuma xanthorrhiza Naves Ở Việt Nam, nghệ được phân thành

nhiều loại khác nhau: nghệ hay nghệ vàng (Curcuma longa L.), nghệ rễ vàng (Curcuma xanthorrhiza Roxb.), nghệ bột (Curcuma pierreana Gagnep.), nghệ trắng, (Curcuma aromatica Salish.), nghệ xanh, nghệ tím (Curcuma zedoaria (Berg.) Rose), nghệ đen (Curcuma zedoaria Roecoe)

Nghệ có trữ lượng khá dồi dào ở Việt Nam và được trồng phổ biến trong nhân dân Ngoài ra một số nơi nghệ còn mọc hoang dại Ở miền Nam, loại nghệ vàng được trồng phổ biến hơn

Hình 1.1: Cây nghệ vàng Curcuma longa L

1.1.1 Đặc điểm thực vật

Nghệ là cây thân thảo, sống lâu năm, cao từ 0.6 đến 1 mét Thân rễ to, hình trụ hay cầu dài từ 2 đến 5 centimet, đường kính từ 1 đến 3 centimet, có ngấn, phân nhánh thành nhiều củ hình bầu dục Thân rễ chắc và nặng Cắt ngang thấy rõ hai vùng: vỏ

ở ngoài màu vàng nhạt hơn và trụ giữa màu vàng sẫm hơn, chiếm 2/3 bán kính Mùi thơm hắc, vị cay Lá mọc thẳng từ thân rễ, gốc thuôn hẹp, đầu hơi nhọn, dài từ 30 đến 40 centimet, rộng từ 10 đến 15 centimet, hai mặt nhẵn cùng màu lục nhạt, mép nguyên uốn lượn, bẹ lá rộng và dài

Toàn bộ phần trên mặt đất tàn lụi vào mùa đông ở các tỉnh phía Bắc và mùa khô ở các tỉnh phía Nam Cây mọc lại vào giữa mùa xuân, có hoa sau khi đã ra lá Hoa mọc trên những thân của những chồi năm trước Những thân đã ra hoa thì năm sau không mọc lại nữa và phần thân rễ của chúng trở thành những "củ cái" già, sau 1÷2 năm bị thối, cho những nhánh non nảy chồi thành các cá thể mới

1.1.2 Phân bố sinh thái

Nghệ có nguồn gốc nguyên thủy từ Ấn Độ Ngày nay, nghệ là một cây trồng quen thuộc ở khắp các nước vùng nhiệt đới thuộc châu Mỹ Latinh, châu Phi, châu Á, châu Úc, châu Âu trong phạm vi vĩ tuyến thứ 40, trên và dưới đường xích đạo

Ở Việt Nam, nghệ được trồng ở khắp các địa phương, từ vùng đồng bằng ven biển cho đến vùng núi cao trên 1500m Càng vào các tỉnh phía Nam cây càng thích nghi với khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm

Nghệ là cây ưa ẩm, ưa sáng và có thể hơi chịu bóng; cây có biên độ sinh thái rộng, thích nghi được với nhiều tiểu vùng khí hậu khác nhau Từ nơi có khí hậu nhiệt đới điển hình, nhiệt độ trung bình đến 25÷260C ở các tỉnh phía Nam (không có mùa đông lạnh) đến những nơi có khí hậu cận nhiệt đới núi cao phía Bắc, nhiệt độ trung

bình dưới 200C, với mùa đông lạnh kéo dài nghệ vẫn tồn tại và sinh trưởng phát triển tốt.

1.1.3 Trồng trọt và thu hoạch

Nghệ được trồng phổ biến ở nhiều nơi, vừa làm gia vị vừa làm thuốc Cây không kén đất, ưa ẩm, chịu bóng nhưng không chịu được úng Những nơi có khí hậu nóng hoặc vùng mát mẻ quanh năm đều thích hợp cho việc trồng nghệ Về mùa đông, cây tàn lụi, sang xuân lại tái sinh

Ở Việt Nam, nghệ thường được trồng vào cuối tháng 2 đến hết tháng 3 Người ta trồng nghệ bằng rễ củ Sau khi thu hoạch, chọn những củ to, khỏe, có nhiều nhánh mang mầm để riêng nơi thoáng mát Trước khi trồng, tách lấy những nhánh mầm, nặng trên dưới 10g để làm giống Một hecta cần chừng 1÷1,5 tấn mầm giống Mật

độ cây trồng và phân bón có liên quan mật thiết đến năng suất nghệ Nghệ sống khỏe, ít bị sâu bệnh phá hoại, cần đề phòng bệnh thối củ khi bị úng Trong suốt quá trình sinh trưởng, giữ cho đất luôn ẩm nhưng phải tháo nước kịp thời sau khi mưa ngập

Nghệ thu hoạch vào mùa đông (vào khoảng tháng 8, tháng 9 hàng năm) khi thân lá tàn lụi Có thể để 2 năm, nhưng không nên thu hoạch vào lúc cây ra mầm Năng suất trung bình đạt 11÷12 tấn củ tươi một hecta

Thân rễ được thu hái, cắt bỏ rễ để riêng Muốn để lâu, người ta hấp nghệ từ 6 đến

12 giờ, để ráo nước rồi đem phơi nắng hoặc sấy khô

1.1.4 Thành phần thân rễ nghệ

Thành phần hóa học chính quan trọng nhất của thân rễ nghệ là curcuminoid (≈ 6%),

là thành phần tạo màu vàng cho nghệ trong đó lượng curcumin chiếm khoảng 50÷ 60% khối lượng Trong thân rễ nghệ còn chứa tinh dầu (2÷7%) với các thành phần

chính là artumerone, zingberene, borneol Ngoài ra còn có những thành phần với hàm lượng thấp hơn như demethoxycurcumin, bisdemethoxycurcumin, dihydrocurcumin, phytosterol, các acid béo và polysaccharide Một số thành phần khác trong thân rễ nghệ được cho trong bảng 1.1

Củ nghệ chứa từ 1÷5% tinh dầu (tính trên khối lượng khô) từ quá trình chưng cất lôi cuốn hơi nước trong thời gian từ 8 đến 10 giờ [6]

Các thành phần chủ yếu trong tinh dầu nghệ được xác định là những sesquiterpene keton: ar−turmerone, α−turmerone, β−turmerone và curlone

Nhiều hợp chất terpene khác cũng đã được xác định có trong tinh dầu nghệ là α−pinene, β−pinene, camphene, limonene, terpinene, caryophyllene, linalool, borneol, isoborneol, camphor, eugenol, cineol, curdione, curzerenone và curcumene

Tinh dầu nghệ chứa khoảng 60% turmerone (ar−turmerone, α và β−turmerone), 25% zingiberene và một lượng nhỏ α−phellandrene, α−sabinene, cineol và forneol

Xian-Guo He và các cộng sự sử dụng HPLC-UV-ES-MS đã một lần nữa xác định được thành phần hoá học trong tinh dầu nghệ là các sesquiterpenoid Những thành phần chính của tinh dầu nghệ (chiếm 1 – 5% khối lượng nguyên liệu) là bisabolane sesquiterpene: ar-turmerone (1), curlone (2), α−turmerone (3), β−turmerone (4) và bisacumol (5) Ngoài ra cũng có những thành phần sesquiterpene khác gồm: zingiberene (6), curcumenone (7), curcumenol (8), procurcumenol (9), dehydrocurdione (10), germacrone-13-al (11), (4S,5S)-germacrone-4,5-epoxide (12), bisabola-3,10-diene-2-one (13), bisacurone (14), isoprocurcumenol (15), zedoaronediol (16), epiprocurcumenol (17), 4-hydroxybisabola-2,10-diene-9-one (18), 4,5-dihydroxybisabola-2,10-diene (19), 4-methoxy-5-hydroxybisabola-2,10-diene-9-one (20) và 2,5-dihydroxybisabola-3,10-diene (21)

Me Me

Me O

Curlone (2) M = 218

Me

Me Me

CH2O

Curlone (2) M = 218

Me

Me Me

CH2O

Curcumenone (7) M = 234

Me Me OH

Curcumenol (8) M = 234 Me

Me

O

Me

Me Me

O Me Me Me

Dehydrocurdione (10) M = 234

Me O Me

Me CHO Germacrone-13-al (11) M = 232

isoprocurcumenol (15)

OHH

H

O OH

zedoaronediol (16)

H

H OH

OH 4-methoxy-5- hydroxybisabola-2,10- diene-9-one (20)

OH

OH 2,5-dihydrobisabola-3,10-diene (21)

Hình 1.2: Cấu trúc một số thành phần trong tinh dầu nghệ

Bảng 1.2: Thành phần của các hợp chất trong tinh dầu nghệ [24]

α,cis−Bergamotene 0.19 Monoterpene hydrocarbon 34.6

Nhiều nghiên cứu cho thấy tinh dầu nghệ có khả năng kháng khuẩn với cả khuẩn gram âm (Vibrio cholerae, Salmonella typhi, Klebsiella [enterobacter] aerogenes,

B coli) và khuẩn gram dương (Corynebacterium diphtheriae, b - hemolytic streptococci) [6,7,26,28,46,48,49,53] Một thành phần của tinh dầu là p-tolyl methyl carbinol và đồng phân của nó − phenylethyl carbinol có khả năng kháng B coli mạnh

Ngoài ra, tinh dầu từ thân rễ nghệ Curcuma longa L còn thể hiện hoạt tính kháng

nấm [54] đặc biệt là đối với Aspergillus niger (invitro) và một số loại nấm khác (Physalospora tucumanesis, Ceratocystis paradoxa, Sclerotium solfsii, curvularia

lunata, Helminthosporium sacchari, Fusarium moniliforme vaz Subglutinans, cephalosporium sacchari)

Tương tự như các curcuminoid (với cấu trúc có thể xem như xuất phát từ hai phân

tử acid caffeic liên kết với nhau qua một cầu nối methylene), ar−turmerone − thành phần chính của tinh dầu nghệ cũng có hệ thống α−β keto không bão hòa trong cấu trúc khung phân tử, là một hoạt chất quan trọng thể hiện hoạt tính sinh học của tinh dầu nghệ Tinh dầu nghệ cũng là một tác nhân ức chế 5−lipoxygenase, cyclooxygenase, sinh tổng hợp leukotriene, peroxy hóa lipid Khi sử dụng trong dược phẩm, tinh dầu nghệ thường được chuẩn hóa dựa trên thành phần ar−turmerone

1.3 Curcuminoid

Nghệ chứa nhiều thành phần khác nhau (curcumin, demethoxycurcumin, bisdemethoxycurcumin, zingiberene, curcumenol, curcumol, eugenol, tetrahydrocurcumin, triethylcurcumin, turmerin, turmerones, và turmeronols,… [7]) Trong đó đáng chú ý nhất là ba hoạt chất chính curcumin, demethoxycurcumin, và bisdemethoxycurcumin với tên gọi chung là curcuminoid có nhiều hoạt tính quý, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Ba thành phần này có nhiều trong loại nghệ

Curcuma mangga, Curcuma zedoaria, Costus speciosus, Curcuma xanthorrhiza, Curcuma aromatica, Cucruma phaeocaulis, Etlingera elatior, Zingiber cassumunar

[50] nhưng với hàm lượng thấp hơn (Hình 1.3)

Hình 1.3: Hình ảnh một số loại nghệ thuộc loại curcuma [50]

Curcuminoid

Trong đó, curcumin chiếm từ 50 ÷ 60%, demethoxycurcumin chiếm 20 ÷ 30% còn

bisdemethoxycurcumin chiếm khoảng 7 ÷ 20%, tùy loại nguyên liệu nghệ và điều

kiện chiết tách Để chỉ hỗn hợp của ba dẫn xuất trên người ta thường dùng thuật ngữ

“curcuminoid” Tuy nhiên, do dẫn xuất curcumin chiếm tỉ lệ lớn nên các dẫn xuất

trên vẫn có thể được gọi chung là “curcumin”

Bảng 1.4: Tỉ lệ của các curcuminoid trong một số loại curcumin trên thị trường

(phân tích HPLC) [52]

3 Pure curcumin (Chr Harsen) 64.9 11.3 6.4 82.6

DMC: demethoxycurcumin; BDMC: bisdemethoxycurcumin (Nguồn: Verghese ,1999)

Hiện nay, trên thị trường có nhiều sản phẩm curcumin với độ tinh khiết dao động

trong khoảng 60% đến 98% (khối lượng) (Bảng 1.4) Các sản phẩm curcumin này

có thể ở dạng bột hoặc dạng viên nhộng (capsule) Như curcumin của hãng Life

Extension là những viên nhộng có khối lượng 900 mg; các hãng Likewise, Iherb,

Club Natural, Immune Support, Nature’s, Big Fitness, Powerhouse Gym, MMS Pro,

và American Nutrition có viên nhộng curcumin 500 mg; Amerifit là 1700 mg; và

XKMS là 300 mg [51] (Bảng 11 - phụ lục 1) Tuy nhiên, để có thể sử dụng trong lĩnh

vực dược phẩm, curcumin phải có độ tinh khiết trên 95% Một số nguồn curcumin

trên thị trường [51] sử dụng cho người (Bảng 12 - phụ lục 1)

1.3.1 Cấu trúc hóa học các hợp chất curcuminoid trong nghệ [6, 8, 9, 17, 20]

Curcuminoid trong nghệ (chiếm 3 ÷ 8 % khối lượng nguyên liệu [50]

) là thành phần chính trong thân rễ nghệ và có nhiều hoạt tính sinh học quan trọng Curcuminoid là những dẫn xuất diarylheptan gồm curcumin, demethoxycurcumin, bisdemethoxycurcumin

Hình 1.4: Cấu trúc của các curcuminoid – thành phần chính trong thân rễ nghệ

(1) Curcumin: 1,7-Bis-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-hepta-1,6-diene-3,5-dione hay diferuloylmethane, công thức phân tử: C21H20O6, khối lượng phân tử: 368

(2) Demethoxycurcumin: hepta-1,6-diene-3,5-dione hay p-hydroxycinnamoylferuloylmethane, công thức phân tử: C20H18O5, khối lượng phân tử: 338

1-(4-Hydroxyphenyl)-7-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-(3) Bisdemethoxycurcumin: 1,7-Bis-(4-hydroxyphenyl)-hepta-1,6-diene-3,5-dione, công thức phân tử: C19H16O4, khối lượng phân tử: 308

Ngoài thành phần chính là 3 curcuminoid như trên, trong thân rễ nghệ còn có một

số đồng phân hình học của chúng, như đồng phân cis – trans curcumin:

Bảng 1.5: Thông tin phổ NMR, IR, và MS của curcumin I [56]

Dải hấp thu IR (cm−1): 3523 (O–H); 1624 (C=C liên hợp); 1609 (α,β-C=O không bão hòa);

1510 (vòng thơm); 1268 và 1050 (=C–O–CH3); 1140 (C–OH)

MS (m/z, rel int): 391.12 (100%, M++Na); 333.06 (56%)

Dải hấp thu IR (cm−1): 3328 (O–H); 1632 (C=C liên hợp); 1582 (α,β-C=O không bão hòa);

1511 (vòng thơm); 1262 và 1060 (=C–O–CH3 str); 1140 (C–OH)

MS (m/z, rel int): 361.11 (100%, M++Na); 355.05 (25%); 333.06 (54%)

MS (m/z, rel int): 333.06 (100%, M++Na); 332.10 (19%); 331.09 (90%)

a : phổ 1 H NMR trong DMSO-it d 6, 500 MHz

b : phổ 13 C NMR trong DMSO-it d 6 , 125.8 MHz

Curcuminoid là những β − diketone tồn tại ở dạng đồng phân tautome: cis – diketo hoặc trans – diketo và dạng enol (cis – enol) Trong dung dịch, các hợp chất β − diketone như vậy tồn tại dưới dạng hỗn hợp keto và enol do quá trình tautomer hóa Trong cấu trúc của enol có liên kết hydro nội phân tử nên thông thường cấu trúc enol bền hơn cấu trúc keto[33,34,35,55] Cân bằng gi ữa hai dạng này phụ thuộc vào loại dung môi và vào nhiệt độ môi trường [33] Trong dung môi không phân cực, cân bằng sẽ có xu hướng dịch chuyển sang dạng enol

Hình 1.7: Quá trình tautomer hóa của các hợp chất curcuminoid (curcumin,

O H H

O

O H O

CH3O

H O

H3C

Trans - Keto Cis - Keto

Enol

Hình 1.8: Các đồng phân enol - keto của curcumin

Các phân tử curcuminoid chứa hệ thống liên hợp mở rộng với các vòng phenyl nằm cuối mạch (trong cấu dạng enol) tương tự như β−carotene (curcuminoid chứa vòng phenyl còn trong β−carotene là các vòng cyclohexenyl) Ngoài ra, curcuminoid còn chứa các nhóm carbonyl, methoxy và hydroxyl, góp phần tạo nên hoạt tính sinh học

đa dạng của curcuminoid Với những đặc điểm cấu trúc trên, curcuminoid là những polyphenol được xếp vào các hợp chất kháng oxy hóa dạng phenolic

1.3.2 Tính chất vật lý

Curcuminoid là những pigment tan trong dầu, không tan trong nước ở pH acid và

pH trung hòa, tan trong kiềm Curcuminoid trích từ nghệ ở dạng bột màu vàng cam

có điểm chảy 184 ÷1850C

Độ tinh khiết của curcuminoid được xác định bằng phương pháp HPLC và phương pháp đo điểm chảy

Bảng 1 8 : Các thông số lý hóa của các hợp chất curcuminoid [39]

C = curcumin; DMC = demethoxycurcumin; BDMC = bisdemethoxycurcumin

(1) : Do dao động của liên kết C-H trong OCH 3

Phạm vi ứng dụng của curcuminoid rất rộng kể cả trong những điều kiện có môi trường nước Do vậy curcuminoid muốn tan được trong nước cần phải sử dụng kết hợp với những chất hoạt động bề mặt (như sodium dodecyl sulfate, cetylpyridinium bromide, gelatine, polysaccharide, polyethylenglycol, cyclodextrin và dẫn xuất của cyclodextrin…) Curcuminoid tan trong ethanol và acetone, methanol, dichloromethane, dichloroethylene, benzene, acid acetic…Trong dung dịch, dạng mang màu chính của curcuminoid là tautomer keto – enol, và tùy thuộc vào loại dung môi mà có thể tồn tại đến 95% dạng enol (do curcuminoid có hai nhóm carbonyl nên có thể enol hóa dễ dàng)

Nói chung, trong môi trường trung tính dung dịch curcuminoid có màu vàng, môi trường acid có màu vàng ánh lục (vàng chanh), có màu từ cam đến đỏtím trong môi trường kiềm Màu của curcuminoid bền với nhiệt độ, không bền với ánh sáng và khi

có sự hiện diện của SO2 với nồng độ ≥10ppm Các hợp chất curcuminoid khác nhau

có đặc trưng màu khác nhau (Bảng 1.11) [39]

Bảng 1.9: Đặc trưng màu của các thành phần curcuminoid (curcumin,

C=curcumin; DMC=demethoxycurcumin; BDMC=bisdemethoxycurcumin Các chỉ số a, b, c theo sau giá trị

ở cùng một hàng chỉ thứ tự về độ lớn (theo thứ tự trên) Những giá trị trong cùng một hàng có cùng chỉ số

a/b/c nghĩa là không khác nhau về mặt thống kê

Tại pH nhỏ hơn 1, dung dịch lỏng của curcumin có màu đỏ do dạng proton hóa

H4A+ Trong khoảng pH từ 1 đến 7, curcumin chủ yếu ở dạng trung tính H3A Trong

khoảng pH này, khả năng hòa tan trong nước của curcumin là rất thấp và dung dịch

có màu vàng Tại pH > 7.5, màu chuyển sang đỏ và curcumin tồn tại ở các dạng

H2A−,HA2−, A3− Giá trị hằng số phân ly proton pKa1, pKa2, pKa3, của curcumin (tạo

thành H2A¯, HA2¯và A3¯) được xác định lần lượt là 7.8, 8.5 và 9.0 [17]

OCH 3

OH +

OH OH

HO

H 3 CO

OCH 3 OH

OH O

HO

H 3 CO

OCH 3 OH

O O

HO

H 3 CO

OCH 3 O

O O

HO

H 3 CO

OCH 3 O

O O

3-Dung dịch curcuminoid trong dung môi hữu cơ hấp thu mạnh trong vùng bước sóng

419 và 430 nm tùy loại dung môi và thành phần của các curcuminoid Dựa trên đặc điểm này, phương pháp quang phổ thường được sử dụng để định tính và định lượng curcuminoid (ASTA_ American Spice Trade Association (1968) và EOA_Essential Oil Association (1965)) Tuy nhiên, không thể dựa vào phương pháp quang phổ để nhận biết từng loại curcuminoid trong hỗn hợp

1.3.3 Tính chất hóa học

1.3.3.1 Phản ứng cộng H 2

Các nối đôi trên mạch cacbon có thể tham gia phản ứng cộng với H2 khi có mặt xúc tác kim loại hay oxide kim loại (Ni, PtO2, …) Curcumin có thể cộng 1, 2, hay 3 phân tử hydro tạo thành dihydrocurcumin, tetrahydrocurcumin và hexahydrocurcumin tương ứng Các sản phẩm cộng hợp này cũng có khả năng kháng oxy hóa Trong đó tetrahydrocurcumin – một dẫn xuất curcumin không màu, được sử dụng rất nhiều trong mỹ phẩm và có hoạt tính kháng oxy hóa mạnh hơn so với curcumin[13]

HO

H3CO

O O H

OH OCH3

HO

H3CO

O O H

OH OCH3dihydrocurcumin

HO

H3CO

O O H

OH OCH3tetrahydrocurcumin

HO

H3CO

O OH

OH OCH3hexahydrocurcumin

+ H 2

Ni (PtO 2 )

1.3.3.2 Phản ứng tạo phức với kim loại

Phức kim loại bao gồm ion kim loại trung tâm liên kết với các phân tử khác bằng liên kết cộng hóa trị Curcuminoid với cấu trúc β – diketone trong môi trường acid hay trung tính nằm dưới dạng hỗ biến keto – enol đối xứng và ổn định, làm cho curcuminoid có khả năng tạo phức với nhiều ion kim loại khác nhau: Mn2+, Fe2+,

Cu2+, Ga3+, …Curcuminoid có khả năng cho đi một hay nhiều cặp electron tự do trên các nguyên tử oxy của cấu trúc keto – enol và chất nhận là các ion kim loại với lớp vỏ electron còn trống Do vậy, liên kết cộng hóa trị giữa curcuminoid và kim loại được hình thành Sự liên kết này làm thay đổi năng lượng trường tinh thể của ion kim loại, làm thay đổi sự phân bố electron trong phân tử Kết quả là phức của kim loại và curcuminoid sẽ có nhiều màu sắc khác nhau

Hình 1.10: Cấu trúc phức 2:1 của curcuminoid – kim loại (M: Kim loại)

Proton methine trong dạng ketone và proton hydroxyl trong dạng enol của β − diketone có tính acid và khi các proton này bị phân ly sẽ làm cho β - diketonate tích điện âm β - diketonate mang điện âm này đóng vai trò là tác nhân tạo phức mạnh,

có khả năng tạo phức với tất cả kim loại chuyển tiếp và cả các kim loại phân nhóm chính [34]

O O

R2-

Hình 1.11: Anion diketonate[34]

1.3.3.3 Phản ứng phân hủy

Nghiên cứu về độ ổn định của ba hợp chất curcuminoid trong dung dịch đệm phosphate và môi trường nuôi cấy có và không có dịch tế bào phôi bê con cho thấy các curcuminoid bị phân hủy rất nhanh khi không có dịch tế bào và ổn định hơn khi

có dịch Trong ba hợp chất curcuminoid thì curcumin ít ổn định nhất, bisdemethoxycurcumin ổn định nhất [41]

a Phản ứng phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng

Curcuminoid bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng, do đó màu của curcuminoid không bền khi tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng Curcumin có thể bị vòng hóa theo cơ chế như sau:

Khi có mặt oxy và ánh sáng, curcumin bị phân hủy tạo thành 4-vinylguaialcol và vanillin

OH OCH3

+

CO2

+

b Phản ứng phân hủy trong môi trường kiềm

Dạng mang màu chính của curcumin tương đối bền với pH acid, nhưng phân hủy nhanh chóng tại pH lớn hơn giá trị trung hòa Tonnesen và Karlsen (1985) đã nghiên cứu quá trình kiềm hủy của curcumin, sản phẩm của quá trình phân hủy trong khoảng pH từ 7 đến 10 được xác định bằng HPLC.Đầu tiên là sự hình thành ferulic acid và feruloylmethane Feruloylmethane nhanh chóng ngưng tụ thành sản phẩm mang màu (hầu hết là vàng đến vàng nâu) Sản phẩm thủy phân từ feruloylmethane là vanillin và acetone, hàm lượng của chúng tăng theo thời gian ủ

Hình 1.12: Sản phẩm phân hủy của curcumin [17]

Trong một nghiên cứu khác (Wang và cộng sự, 1997) curcumin trong môi trường đệm 0.1M phosphate, pH 7.2 ở 370C, khoảng 90 % bị phân hủy sau 30 phút Trans-6-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-2,4-dioxo-5- hexenal được xem là sản phẩm phân hủy chính, vanillin, ferulic acid, feruloyl methane có hàm lượng nhỏ

Hình 1.13: Sản phẩm phân hủy chính của curcumin trong dung dịch đệm 0.1 M

phosphate tại pH 7.2 [17]

Sự hiện diện của nhóm cacbonyl gắn vào nguyên tử carbon mang nối đôi làm cho liên kết C=C được hoạt hóa, tạo điều kiện cho phản ứng phân hủy curcumin trong môi trường kiềm xảy ra dễ dàng dưới tác dụng của nhiệt độ

CH

ΟΗ acid Ferulic

CO CH CH

OCH3ΟΗ feruroyl metan

CH3