Nghiên cứu tách curcumin từ củ nghệ vàng

Nghiên cứu tách curcumin từ củ nghệ vàng.

Tạp chí Hóa học, T 45 (ĐB), Tr 52 - 57, 2007

NGHIÊN CứU TáCH CURCUMIN Từ Củ NGHệ VàNG

BằNG PHƯƠNG PHáP TRíCH LY SIÊU ÂM

Đến Tòa soạn 15-11-2007

Trần Trung Kiên, Nghiêm Xuân Sơn, Phùng Lan H ơng, Phạm Văn Thiêm

Bộ môn Quá trình Thiết bị Công nghệ Hóa-Thực phẩm, Tr/ờng Đại học Bách khoa H2 Nội

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 - Mở đầu Curcumin C21H20O6l một hỗn hợp của ba

curcuminnoit có tên l curcumin,

demetoxy-curcumin v bisdemetoxydemetoxy-curcumin, đ'ợc chiết

ra từ củ nghệ v ng (tên khoa học Curcuma

longa L., thuộc họ gừng) rất phổ biến ở ấn Độ

v Đông Nam á Hoạt chất curcumin đ9 đ'ợc

chứng minh l ẩn chứa những hoạt tính sinh học

đặc biệt, có tác dụng sinh học rất quí, có khả

năng chữa các bệnh nan y: chống oxi hóa [1],

phòng v chống ung th' [2], chống viêm [3],

chữa bệnh tim mạch [4], bệnh đái tháo đ'ờng

[5] v bảo vệ tế b o thần kinh [6]…

Việc nghiên cứu ph'ơng pháp tách chiết

curcumin với hiệu suất v chất l'ợng cao từ củ

nghệ vì thế l một h'ớng nghiên cứu có ý nghĩa

quan trọng cả về mặt khoa học lẫn ứng dụng

thực tiễn trong sức khỏe đời sống Các nghiên

cứu cho tới nay đ9 áp dụng cả công nghệ truyền

thống l trích ly rắn - lỏng thông th'ờng (có

hoặc không có khuấy trộn), trích ly shoxlet [8],

lẫn công nghệ hiện đại l trích ly CO2 siêu tới

hạn [7, 10, 11]

Tuy nhiên do h m l'ợng curcumin trong củ nghệ nhỏ v khả năng ho tan trong các dung môi thông dụng (etanol, metanol,…) thấp nên quá trình trích ly truyền thống th'ờng kéo d i 8

ữ48 h, ở nhiệt độ 50oCữ70oC v hiệu suất trích

ly cũng không cao Kết quả khảo sát tại một số cơ sở sản xuất trong n'ớc cho thấy quá trình trích ly curcumin phải kéo d i nhiều giờ, l'ợng curcumin trích ly đ'ợc nhỏ hơn 1% với dung môi etanol v nhỏ hơn 2% với dung môi metanol

Trích ly curcumin theo ph'ơng pháp CO2 siêu tới hạn cho kết quả khá tốt, hiệu suất trích

ly v độ tinh khiết cao Tuy nhiên chi phí cho ph'ơng pháp n y quá đắt, không phù hợp với thực tế sản xuất ở Việt Nam hiện nay

Để khắc phục những hạn chế trên đ9 có một

số h'ớng nghiên cứu nh':

- Tăng nhiệt độ trích ly dẫn đến tăng hiệu suất trích ly, rút ngắn thời gian nh'ng lại khiến curcumin phân huỷ mạnh: l'ợng curcumin phân huỷ ở 50oC l 2% v ở 70oC l 4% [7]

- Tiến h nh trích ly nhiều bậc có thể thu triệt

để l'ợng curcumin, tăng hiệu suất trích ly nh'ng

cũng tăng thời gian v h m l'ợng tạp chất lên

nhiều lần

- Tiến h nh trích ly curcumin với các dung

môi khác nhau [9]: trong đó một số dung môi

nh' natri butyl mono glycol sunfat, natri

salicylat cho phép trích ly curcumin khá triệt để

với độ chọn lọc cao Tuy nhiên quá trình trích ly

vẫn mất nhiều thời gian, các loại dung môi trên

không phổ biến, chi phí cao v có tính độc

không thật sự phù hợp với quá trình trích ly các

chất phục vụ công nghiệp d'ợc v thực phẩm

B i báo n y ứng dụng sự hỗ trợ của sóng

siêu âm v o quá trình trích ly curcumin từ củ

nghệ Siêu âm l một ph'ơng pháp không sử

dụng nhiệt có tác dụng phá vỡ cơ học th nh tế

b o v nâng cao hiệu quả chuyển khối Ưu điểm

n y đ'ợc ứng dụng v o trích ly để hỗ trợ sự phá

hủy tế b o nhanh hơn v hiệu quả hơn so với

trích ly khuấy trộn So với các ph'ơng pháp

không gia nhiệt khác nh' áp suất thủy tĩnh cao

(HP), khí nén CO2 (cCO2) v CO2 siêu tới hạn

(ScCO2)…, siêu âm dễ d ng thử nghiệm trong

phòng thí nghiệm, cho kết quả có tính lặp lại

cao phù hợp với việc chuyển qui mô

ý t'ởng sử dụng siêu âm còn nhằm giảm

công đoạn xử lý nguyên liệu đầu, giảm đáng kể

thời gian trích ly, không phải gia nhiệt m

không l m giảm hiệu suất trích ly dẫn đến giảm

chi phí đáng kể

Có thể thấy đây l một kết quả ban đầu rất

đáng khích lệ để tiến tới nghiên cứu cải tiến đ'a

ra một công nghệ tối 'u trích ly curcumin từ củ

nghệ ở qui mô bán sản xuất v công nghiệp

II - Nguyên liệu, thiết bị v,

ph ơng pháp nghiên cứu

1 Nguyên liệu nghiên cứu

ở n'ớc ta, nghệ v ng đ'ợc trồng nhiều ở

Bắc Giang, Khoái Châu, H'ng Yên, Cần Thơ, vì

thế chúng tôi sử dụng nguyên liệu l củ nghệ

khô lấy từ Bắc Giang với 2 kích th'ớc khác

nhau: dạng bột v dạng lát d y 3 mm

Dung môi trích ly: etanol 90O

Dung môi, hóa chất phân tích: dung dịch

đệm phosphate 0,02 M pha theo DĐVN III tập

1, metanol HPLC, axeton nitril HPLC

2 Thiết bị

Hệ thống trích ly có khuấy trộn tại Phòng thử nghiệm Trung tâm Giáo dục v Phát triển sắc ký Tr'ờng Đại học Bách khoa H Nội Thiết bị siêu âm: thiết bị siêu âm của h9ng Telsonic (Thụy Sĩ) loại TPC-280

Thiết bị sắc ký HPLC: máy sắc ký HPLC Agilent 1100, Detector: UV-VIS, cột pha đảo

RP - C18 25 cm, đ'ờng kính trong 4 mm, kích th'ớc hạt nhồi 5 mm

3 Ph ơng pháp nghiên cứu

Trích ly th'ờng có khuấy trộn: Thời gian trích ly l 8 giờ, nhiệt độ l 60oC, dịch trích thu

đ'ợc đ'ợc xử lý tiếp nh' dịch trích ở quá trình trích ly siêu âm (hình 1)

Trích ly siêu âm: Sóng siêu âm có tác dụng khuấy trộn mạnh, l m di chuyển các lớp chất lỏng tạo ra sự chênh lệch nồng độ ở bề mặt phân cách các pha do hiệu ứng chảy âm v hiệu ứng tạo lỗ hổng, tăng c'ờng độ khuếch tán đối l'u Tần số siêu âm cao thì sự khuấy trộn c ng mạnh Nh'ng tần số sóng siêu âm lớn sẽ l m cho vật liệu bị xé nhỏ, tạo điều kiện cho các tạp chất sẽ hòa tan trong dung môi Do đó với mỗi vật liệu đòi hỏi một dải tần số sóng thích hợp nên chúng tôi đ9 thử nghiệm trích ly siêu âm với

3 tần số khác nhau: 35 KHz, 25 KHz, 20 KHz Thời gian trích ly l 10, 15 v 20 phút, nhiệt độ

l 28oC Các mẫu nghệ đ'ợc ngâm trong dung môi theo tỷ lệ 1:6 v đ'a v o bể siêu âm để trích

ly theo các thời gian v tần số trên

To n bộ quy trích tách curcumin tiếp theo

đ'ợc tóm tắt trong sơ đồ hình 1

Định l'ợng curcumin theo [12]: B'ớc sóng phát hiện 425 nm, vận tốc dòng 0,6 ml/phút, thể tích tiêm 20 àl

III - Kết quả v, thảo luận Kết quả thử nghiệm đ'ợc trình b y trên hình

2 v 3

Hình 2 l kết quả trích ly curcumin từ nghệ lát d y 3 mm, chỉ ra sự ảnh h'ởng của thời gian

Hình 1: Quy trình tách curcumin

v tần số đối với hiệu suất trích ly bởi ph'ơng

pháp trích ly siêu âm, có so sánh với ph'ơng

pháp trích ly rắn lỏng có khuấy v gia nhiệt Kết

quả t'ơng tự trên hình 3 đối với trích ly curcumin từ bột nghệ

Khảo sát sơ bộ các số liệu cho thấy thời gian trích ly thích hợp l 15 phút, giảm 192 lần so với trích ly thông th'ờng không khuấy trộn ở cùng

điều kiện nhiệt độ, giảm 32 lần (giảm hơn 90%)

so với tr'ờng hợp có khuấy trộn v gia nhiệt Hiệu suất thu đ'ợc từ trích ly siêu âm còn cao hơn trích ly th'ờng có khuấy trộn v gia nhiệt

Kết quả n y, cộng với việc loại bỏ thao tác gia nhiệt không những l m tăng năng suất quá trình trích ly m còn giảm năng l'ợng tiêu thụ cũng nh' giảm l'ợng curcumin phân huỷ do nhiệt độ

Các kết quả cũng chứng tỏ hiệu suất trích ly tăng theo tần số sóng siêu âm v quá trình trích

ly không yêu cầu chặt chẽ về kích th'ớc vật liệu

Với kết luận n y, trong những nghiên cứu tiếp theo chúng tôi sẽ tiến h nh thử nghiệm dùng siêu âm để tiền xử lý củ nghệ thô, bao gồm rửa v trích ly trực tiếp từ nghệ lát Nh' vậy tiếp tục góp phần giảm đ'ợc giá th nh

Trớch ly siờu õm ngh lỏt 3mm

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Th i gian, phỳt

10 15 20 480

Hình 2: ảnh h'ởng của tần số, thời gian trích tới hiệu suất trích ly curcumin từ nghệ lát d y 3 mm

Trớch ly siờu õm ngh lỏt 3mm

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Th i gian, phỳt

Hình 3: ảnh h'ởng của tần số, thời gian trích tới hiệu suất trích ly curcumin từ bột nghệ

Bên cạnh hiệu suất trích ly, độ tinh khiết của

sản phẩm cũng đ'ợc kiểm tra thông qua phân

tích sắc ký (HPLC) với 2 tr'ờng hợp nguyên

liệu đ9 tách tinh dầu (dạng bột-hình 5) v ch'a

tách tinh dầu (dạng lát 3 mm- hình 4) Kết quả

cho thấy thời gian l'u của curcumin l 5,1 phút

Bên cạnh pic chính có một pic phụ có thời gian

l'u l 4 phút nh'ng diện tích bé, có thể đây l

một dẫn xuất của curcumin Diện tích pic sắc ký

thu đ'ợc l một h m phụ thuộc v o nồng độ của

curcumin, rõ r ng với cùng l'ợng mẫu giống

nhau, diện tích pic khác nhau tức l độ tinh khiết khác nhau So sánh với mẫu curcumin chuẩn (hình 6) thì có thể đánh giá mẫu nghệ ch'a tách tinh dầu có độ tinh khiết 55,0%, mẫu nguyên liệu đ9 tách tinh dầu có độ tinh khiết 72,9%

Các kết quả về độ tinh khiết của sản phẩm

đạt đ'ợc theo qui trình tách (hình 1) chỉ dùng một b'ớc kết tinh khẳng định thêm h'ớng nghiên cứu dùng trích ly siêu âm đ9 đạt đ'ợc độ chọn lọc cao

Hình 4: Sắc ký đồ dịch chiết curcumin từ nghệ ch'a tách tinh dầu

Hình 5: Sắc ký đồ dịch chiết curcumin từ nghệ đ9 tách tinh dầu

Hình 6: Sắc ký đồ mẫu chuẩn curcumin

IV - Kết luận Với các kết quả thu đ'ợc chúng tôi có một

số kết luận sau:

- Đ9 khảo sát 3 thông số ảnh h'ởng đến quá

trình trích ly siêu âm curcumin l thời gian, tần

số v dạng nguyên liệu đầu Kết quả cho thấy

hiệu suất trích ly tăng cùng với tần số, thời gian

trích ly thích hợp khoảng 15 phút v quá trình

trích ly không yêu cầu chặt chẽ về hình dạng v

kích th'ớc vật liệu

- Sử dụng trích ly siêu âm không l m giảm

hiệu suất trích ly so với ph'ơng pháp trích ly có

khuấy trộn v gia nhiệt m còn giảm hơn 90%

thời gian trích ly Hơn nữa, việc không phải gia

nhiệt dẫn tới giảm đ'ợc đáng kể chi phí cũng

nh' l m giảm đ'ợc l'ợng curcumin phân hủy do nhiệt độ

- Sử dụng trích ly siêu âm cho độ chọn lọc cao của sản phẩm ngay cả với dung môi rẻ tiền

v phổ biến nh' etanol 96%

Nh' vậy kết quả b i báo l cơ sở cho việc nghiên cứu qui trình tối 'u trích ly curcumin bằng ph'ơng pháp trích ly siêu âm Thiết bị v ph'ơng pháp t'ơng đối đơn giản, rất phù hợp để triển khai chuyển sang qui mô Pilot v công nghiệp

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

T,i liÖu tham kh¶o

1 S V Jovanovic, S Steenken, C Boone, M

G Simic J Am Chem Soc, 121(41), 9677

- 9681 (1999)

2 B B Aggarwal, A Kumar, A C Bharti

Anticancer Res 2003 Jan-Feb; 23(1A), 363

- 98

3 S Wesser, P Muenzner, TF Meyer, M

Naumann Biol Chem., 386(5), 481 - 90

(2005)

4 R Olszanecki, J Jawien, M Gajda, L

Mateuszuk, A Gebska, M Korabiowska, S

Chlopicki, R Korbut J-Physiol-Pharmacol

2005 Dec; 56(4), 627-35

5 Tozo Nishiyama, Tatsumasa Mae, Hideyuki

Kishida, Misuzu Tsukagawa, Yoshihiro

Mimaki, Minpei Kuroda, Yutaka Sashida,

Kazuma Takahashi, Teruo Kawada, Kaku

Nakagawa, and Mikio Kitahara J Agric

Food Chem., 53 (4), 959 - 963 (2005)

6 P K Shukla, V K Khanna, M Y Khan, R

C Srimal Hum Exp Toxicol 2003 Dec; 22(12), 653-8

7 Quintanilla Almagro, Eliseo; Diaz Alperi, Joaquin Method for obtaining apolar and polar extracts of curcuma and applications thereof United States Patent 6440468

8 Giang ThÞ S¬n v céng sù T¹p chÝ D'îc häc, sè 1, 15 - 17 (2002)

9 Vilas Gajanan Gaikar, Deepak Vijay Dandekar: Process for extraction of curcuminoids from curcuma species United States Patent 6224877

10 W Baumann, S V Rodrigues and L M Viana J Chem Eng., Vol 17, No 3 S9o Paulo Sept (2000)

11 Angel L Chassagnez-MendÐz, NÐlio T Machado, Marilena E Araujo, J G Maia, and M Angela A Meireles Ind Eng Chem Res., 39 (12), 4729 - 4733

12 Ch©u VÜnh ThÞ v céng sù T¹p chÝ D'îc häc, 8/2004, 22 - 25