Nghiên cứu tách curcumin từ củ nghệ vàng bằng phương pháp trích ly siêu âm

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 hạn [7, 10, 11]. Tuy nhiên do hàm l−ợng curcumin trong củ Curcumin C21H20O6 là một hỗn hợp của ba nghệ nhỏ và khả năng hoà tan trong các dung curcuminnoit có tên là curcumin, demetoxy- môi thông dụng (etanol, metanol,…) thấp nên curcumin và bisdemetoxycurcumin, đ−ợc chiết quá trình trích ly truyền thống th−ờng kéo dài 8 ra từ củ nghệ vàng (tên khoa học Curcuma ữ 48 h, ở nhiệt độ 50oC ữ 70oC và hiệu suất trích longa L., thuộc họ gừng) rất phổ biến ở ấn Độ ly cũng không cao. Kết quả khảo sát tại một số và Đông Nam á. Hoạt chất curcumin đ9 đ−ợc cơ sở sản xuất trong n−ớc cho thấy quá trình chứng minh là ẩn chứa những hoạt tính sinh học trích ly curcumin phải kéo dài nhiều giờ, l−ợng đặc biệt, có tác dụng sinh học rất quí, có khả curcumin trích ly đ−ợc nhỏ hơn 1% với dung năng chữa các bệnh nan y: chống oxi hóa [1], môi etanol và nhỏ hơn 2% với dung môi phòng và chống ung th− [2], chống viêm [3], metanol. chữa bệnh tim mạch [4], bệnh đái tháo đ−ờng Trích ly curcumin theo ph−ơng pháp CO2 [5] và bảo vệ tế bào thần kinh [6]…. siêu tới hạn cho kết quả khá tốt, hiệu suất trích Việc nghiên cứu ph−ơng pháp tách chiết ly và độ tinh khiết cao. Tuy nhiên chi phí cho curcumin với hiệu suất và chất l−ợng cao từ củ ph−ơng pháp này quá đắt, không phù hợp với nghệ vì thế là một h−ớng nghiên cứu có ý nghĩa thực tế sản xuất ở Việt Nam hiện nay. quan trọng cả về mặt khoa học lẫn ứng dụng Để khắc phục những hạn chế trên đ9 có một thực tiễn trong sức khỏe đời sống. Các nghiên số h−ớng nghiên cứu nh−: cứu cho tới nay đ9 áp dụng cả công nghệ truyền - Tăng nhiệt độ trích ly dẫn đến tăng hiệu thống là trích ly rắn - lỏng thông th−ờng (có suất trích ly, rút ngắn thời gian nh−ng lại khiến hoặc không có khuấy trộn), trích ly shoxlet [8], curcumin phân huỷ mạnh: l−ợng curcumin phân lẫn công nghệ hiện đại là trích ly CO siêu tới 2 huỷ ở 50oC là 2% và ở 70oC là 4% [7]. 52 - Tiến hành trích ly nhiều bậc có thể thu triệt đệm phosphate 0,02 M pha theo DĐVN III tập để l−ợng curcumin, tăng hiệu suất trích ly nh−ng 1, metanol HPLC, axeton nitril HPLC. cũng tăng thời gian và hàm l−ợng tạp chất lên 2. Thiết bị nhiều lần. - Tiến hành trích ly curcumin với các dung Hệ thống trích ly có khuấy trộn tại Phòng môi khác nhau [9]: trong đó một số dung môi thử nghiệm Trung tâm Giáo dục và Phát triển nh− natri butyl mono glycol sunfat, natri sắc ký Tr−ờng Đại học Bách khoa Hà Nội. salicylat cho phép trích ly curcumin khá triệt để Thiết bị siêu âm: thiết bị siêu âm của h9ng với độ chọn lọc cao. Tuy nhiên quá trình trích ly Telsonic (Thụy Sĩ) loại TPC-280. vẫn mất nhiều thời gian, các loại dung môi trên Thiết bị sắc ký HPLC: máy sắc ký HPLC không phổ biến, chi phí cao và có tính độc Agilent 1100, Detector: UV-VIS, cột pha đảo không thật sự phù hợp với quá trình trích ly các RP - C18 25 cm, đ−ờng kính trong 4 mm, kích chất phục vụ công nghiệp d−ợc và thực phẩm. th−ớc hạt nhồi 5 mm. Bài báo này ứng dụng sự hỗ trợ của sóng 3. Ph−ơng pháp nghiên cứu siêu âm vào quá trình trích ly curcumin từ củ nghệ. Siêu âm là một ph−ơng pháp không sử Trích ly th−ờng có khuấy trộn: Thời gian dụng nhiệt có tác dụng phá vỡ cơ học thành tế trích ly là 8 giờ, nhiệt độ là 60oC, dịch trích thu bào và nâng cao hiệu quả chuyển khối. Ưu điểm đ−ợc đ−ợc xử lý tiếp nh− dịch trích ở quá trình này đ−ợc ứng dụng vào trích ly để hỗ trợ sự phá trích ly siêu âm (hình 1). hủy tế bào nhanh hơn và hiệu quả hơn so với Trích ly siêu âm: Sóng siêu âm có tác dụng trích ly khuấy trộn. So với các ph−ơng pháp khuấy trộn mạnh, làm di chuyển các lớp chất không gia nhiệt khác nh− áp suất thủy tĩnh cao lỏng tạo ra sự chênh lệch nồng độ ở bề mặt phân (HP), khí nén CO2 (cCO2) và CO2 siêu tới hạn cách các pha do hiệu ứng chảy âm và hiệu ứng (ScCO2)…, siêu âm dễ dàng thử nghiệm trong tạo lỗ hổng, tăng c−ờng độ khuếch tán đối l−u. phòng thí nghiệm, cho kết quả có tính lặp lại Tần số siêu âm cao thì sự khuấy trộn càng cao phù hợp với việc chuyển qui mô. mạnh. Nh−ng tần số sóng siêu âm lớn sẽ làm ý t−ởng sử dụng siêu âm còn nhằm giảm cho vật liệu bị xé nhỏ, tạo điều kiện cho các tạp công đoạn xử lý nguyên liệu đầu, giảm đáng kể chất sẽ hòa tan trong dung môi. Do đó với mỗi thời gian trích ly, không phải gia nhiệt mà vật liệu đòi hỏi một dải tần số sóng thích hợp không làm giảm hiệu suất trích ly dẫn đến giảm nên chúng tôi đ9 thử nghiệm trích ly siêu âm với chi phí đáng kể. 3 tần số khác nhau: 35 KHz, 25 KHz, 20 KHz. Có thể thấy đây là một kết quả ban đầu rất Thời gian trích ly là 10, 15 và 20 phút, nhiệt độ oC. Các mẫu nghệ đ−ợc ngâm trong dung đáng khích lệ để tiến tới nghiên cứu cải tiến đ−a là 28 ra một công nghệ tối −u trích ly curcumin từ củ môi theo tỷ lệ 1:6 và đ−a vào bể siêu âm để trích ly theo các thời gian và tần số trên. nghệ ở qui mô bán sản xuất và công nghiệp. Toàn bộ quy trích tách curcumin tiếp theo II - Nguyên liệu, thiết bị v, đ−ợc tóm tắt trong sơ đồ hình 1. ph−ơng pháp nghiên cứu Định l−ợng curcumin theo [12]: B−ớc sóng phát hiện 425 nm, vận tốc dòng 0,6 ml/phút, thể 1. Nguyên liệu nghiên cứu tích tiêm 20 àl. ở n−ớc ta, nghệ vàng đ−ợc trồng nhiều ở Bắc Giang, Khoái Châu, H−ng Yên, Cần Thơ, vì III - Kết quả v, thảo luận thế chúng tôi sử dụng nguyên liệu là củ nghệ khô lấy từ Bắc Giang với 2 kích th−ớc khác Kết quả thử nghiệm đ−ợc trình bày trên hình nhau: dạng bột và dạng lát dày 3 mm. 2 và 3. Dung môi trích ly: etanol 90O Hình 2 là kết quả trích ly curcumin từ nghệ lát dày 3 mm, chỉ ra sự ảnh h−ởng của thời gian Dung môi, hóa chất phân tích: dung dịch 53 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 là 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 và gia nhiệt. Hiệu suất thu đ−ợc từ trích ly siêu âm còn cao hơn trích ly th−ờng có khuấy trộn và gia nhiệt. Kết quả này, cộng với việc loại bỏ thao tác gia nhiệt không những làm tăng năng suất quá trình trích ly mà 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 và quá trình trích ly không yêu cầu chặt chẽ về kích th−ớc vật liệu. Hình 1: Quy trình tách curcumin Với kết luận này, trong những nghiên cứu tiếp theo chúng tôi sẽ tiến hành thử nghiệm và tần số đối với hiệu suất trích ly bởi ph−ơng dùng siêu âm để tiền xử lý củ nghệ thô, bao pháp trích ly siêu âm, có so sánh với ph−ơng gồm rửa và trích ly trực tiếp từ nghệ lát. Nh− pháp trích ly rắn lỏng có khuấy và gia nhiệt. Kết vậy tiếp tục góp phần giảm đ−ợc giá thành. Trớch ly siờu õm nghệ lỏt 3mm 10 15 20 480 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 H 0,4 i ệ u s 0,3 u  t , % 0,2 0,1 0 20 KHz 25 KHz 35 KHz Khuy Thời gian, phỳt Hình 2: ảnh h−ởng của tần số, thời gian trích tới hiệu suất trích ly curcumin từ nghệ lát dày 3 mm 54 Trớch ly siờu õm nghệ lỏt 3mm 10 15 20 480 1 0,9 0,8 0,7 0,6 % , t  u s 0,5 u ệ i H 0,4 0,3 0,2 0,1 0 20 KHz 25 KHz 35 KHz Khuy Thời 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 nhau, diện tích pic khác nhau tức là độ tinh sản phẩm cũng đ−ợc kiểm tra thông qua phân khiết khác nhau. So sánh với mẫu curcumin tích sắc ký (HPLC) với 2 tr−ờng hợp nguyên chuẩn (hình 6) thì có thể đánh giá mẫu nghệ liệu đ9 tách tinh dầu (dạng bột-hình 5) và ch−a ch−a tách tinh dầu có độ tinh khiết 55,0%, mẫu tách tinh dầu (dạng lát 3 mm- hình 4). Kết quả nguyên liệu đ9 tách tinh dầu có độ tinh khiết cho thấy thời gian l−u của curcumin là 5,1 phút. 72,9%. Bên cạnh pic chính có một pic phụ có thời gian Các kết quả về độ tinh khiết của sản phẩm l−u là 4 phút nh−ng diện tích bé, có thể đây là đạt đ−ợc theo qui trình tách (hình 1) chỉ dùng một dẫn xuất của curcumin. Diện tích pic sắc ký một b−ớc kết tinh khẳng định thêm h−ớng thu đ−ợc là một hàm phụ thuộc vào nồng độ của nghiên cứu dùng trích ly siêu âm đ9 đạt đ−ợc độ curcumin, rõ ràng với cùng l−ợng mẫu giống chọn lọc cao. Hình 4: Sắc ký đồ dịch chiết curcumin từ nghệ ch−a tách tinh dầu 55 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 nh− làm giảm đ−ợc l−ợng curcumin phân hủy do nhiệt độ. Với các kết quả thu đ−ợc chúng tôi có một - Sử dụng trích ly siêu âm cho độ chọn lọc số kết luận sau: cao của sản phẩm ngay cả với dung môi rẻ tiền - Đ9 khảo sát 3 thông số ảnh h−ởng đến quá và phổ biến nh− etanol 96%. trình trích ly siêu âm curcumin là thời gian, tần Nh− vậy kết quả bài báo là cơ sở cho việc số và dạng nguyên liệu đầu. Kết quả cho thấy nghiên cứu qui trình tối −u trích ly curcumin hiệu suất trích ly tăng cùng với tần số, thời gian bằng ph−ơng pháp trích ly siêu âm. Thiết bị và trích ly thích hợp khoảng 15 phút và quá trình ph−ơng pháp t−ơng đối đơn giản, rất phù hợp để trích ly không yêu cầu chặt chẽ về hình dạng và triển khai chuyển sang qui mô Pilot và công kích th−ớc vật liệu. nghiệp. - Sử dụng trích ly siêu âm không làm giảm Acknowledgment: The authors gratefully hiệu suất trích ly so với ph−ơng pháp trích ly có acknowledge the receipt of a grant from the khuấy trộn và gia nhiệt mà còn giảm hơn 90% Flemish Interuniversity Council for University thời gian trích ly. Hơn nữa, việc không phải gia Development cooperation (VLIR UOS) which nhiệt dẫn tới giảm đ−ợc đáng kể chi phí cũng enabled them to carry out this work. 56 T,i liệu tham khảo C. Srimal. Hum Exp Toxicol. 2003 Dec; 22(12), 653-8. 1. S. V. Jovanovic, S. Steenken, C. Boone, M. 7. Quintanilla Almagro, Eliseo; Diaz Alperi, G. Simic. J. Am. Chem. Soc, 121(41), 9677 Joaquin. Method for obtaining apolar and - 9681 (1999). polar extracts of curcuma and applications 2. B. B. Aggarwal, A. Kumar, A. C. Bharti. thereof. United States Patent 6440468. Anticancer Res. 2003 Jan-Feb; 23(1A), 363 8. Giang Thị Sơn và cộng sự. Tạp chí D−ợc - 98. học, số 1, 15 - 17 (2002). 3. S. Wesser, P. Muenzner, TF. Meyer, M. 9. Vilas Gajanan Gaikar, Deepak Vijay Naumann. Biol Chem., 386(5), 481 - 90 Dandekar: Process for extraction of (2005). curcuminoids from curcuma species. United 4. R. Olszanecki, J. Jawien, M. Gajda, L. States Patent 6224877. Mateuszuk, A. Gebska, M. Korabiowska, S. Chlopicki, R. Korbut. J-Physiol-Pharmacol. 10. W. Baumann, S. V. Rodrigues and L. M. 2005 Dec; 56(4), 627-35. Viana. J. Chem. Eng., Vol. 17, No. 3 S9o Paulo Sept. (2000). 5. Tozo Nishiyama, Tatsumasa Mae, Hideyuki Kishida, Misuzu Tsukagawa, Yoshihiro 11. Angel L. Chassagnez-Mendéz, Nélio T. Mimaki, Minpei Kuroda, Yutaka Sashida, Machado, Marilena E. Araujo, J. G. Maia, Kazuma Takahashi, Teruo Kawada, Kaku and M. Angela A. Meireles. Ind. Eng. Nakagawa, and Mikio Kitahara. J. Agric. Chem. Res., 39 (12), 4729 - 4733. Food Chem., 53 (4), 959 - 963 (2005). 12. Châu Vĩnh Thị và cộng sự. Tạp chí D−ợc 6. P. K. Shukla, V. K. Khanna, M. Y. Khan, R. học, 8/2004, 22 - 25. 57