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

T¹p chÝ Hãa häc, T. 45 (§B), Tr. 52 - 57, 2007<br /> <br /> <br /> NGHI£N CøU T¸CH CURCUMIN Tõ Cñ NGHÖ VµNG<br /> B»NG PH¦¥NG PH¸P TRÝCH LY SI£U ¢M<br /> §Õn Tßa so¹n 15-11-2007<br /> TrÇn Trung Kiªn, Nghiªm Xu©n S¬n, Phïng Lan H ¬ng, Ph¹m V¨n Thiªm<br /> Bé m«n Qu¸ tr×nh ThiÕt bÞ C«ng nghÖ Hãa-Thùc phÈm, Tr/êng §¹i häc B¸ch khoa H2 Néi<br /> <br /> <br /> Summary<br /> The paper presents the first results of study on isolation of curcumin from curcuma longa L.<br /> by ultrasonic extraction. The results show that by using ultrasonic technique the extraction<br /> efficiency in comparison with the solid-liquid extraction with stirring and thermal treatment will<br /> be increased and in the other hand the extraction time will be reduced nearly 90%. In addition,<br /> ultrasonic extraction results in reducing cost and decomposed curcumin significantly due to the<br /> thermal treatment. This method requires only simple manipulation and equipments, and could be<br /> applied on pilot and industry scale.<br /> Keywords: curcumin, curcuma longa. L, ultrasonic extraction.<br /> <br /> <br /> I - Më ®Çu h¹n [7, 10, 11].<br /> Tuy nhiªn do h m l'îng curcumin trong cñ<br /> Curcumin C21H20O6 l mét hçn hîp cña ba nghÖ nhá v kh¶ n¨ng ho tan trong c¸c dung<br /> curcuminnoit cã tªn l curcumin, demetoxy- m«i th«ng dông (etanol, metanol,…) thÊp nªn<br /> curcumin v bisdemetoxycurcumin, ®'îc chiÕt qu¸ tr×nh trÝch ly truyÒn thèng th'êng kÐo d i 8<br /> ra tõ cñ nghÖ v ng (tªn khoa häc Curcuma ÷ 48 h, ë nhiÖt ®é 50oC ÷ 70oC v hiÖu suÊt trÝch<br /> longa L., thuéc hä gõng) rÊt phæ biÕn ë Ên §é ly còng kh«ng cao. KÕt qu¶ kh¶o s¸t t¹i mét sè<br /> v §«ng Nam ¸. Ho¹t chÊt curcumin ®9 ®'îc c¬ së s¶n xuÊt trong n'íc cho thÊy qu¸ tr×nh<br /> chøng minh l Èn chøa nh÷ng ho¹t tÝnh sinh häc trÝch ly curcumin ph¶i kÐo d i nhiÒu giê, l'îng<br /> ®Æc biÖt, cã t¸c dông sinh häc rÊt quÝ, cã kh¶ curcumin trÝch ly ®'îc nhá h¬n 1% víi dung<br /> n¨ng ch÷a c¸c bÖnh nan y: chèng oxi hãa [1], m«i etanol v nhá h¬n 2% víi dung m«i<br /> phßng v chèng ung th' [2], chèng viªm [3], metanol.<br /> ch÷a bÖnh tim m¹ch [4], bÖnh ®¸i th¸o ®'êng TrÝch ly curcumin theo ph'¬ng ph¸p CO2<br /> [5] v b¶o vÖ tÕ b o thÇn kinh [6]…. siªu tíi h¹n cho kÕt qu¶ kh¸ tèt, hiÖu suÊt trÝch<br /> ViÖc nghiªn cøu ph'¬ng ph¸p t¸ch chiÕt ly v ®é tinh khiÕt cao. Tuy nhiªn chi phÝ cho<br /> curcumin víi hiÖu suÊt v chÊt l'îng cao tõ cñ ph'¬ng ph¸p n y qu¸ ®¾t, kh«ng phï hîp víi<br /> nghÖ v× thÕ l mét h'íng nghiªn cøu cã ý nghÜa thùc tÕ s¶n xuÊt ë ViÖt Nam hiÖn nay.<br /> quan träng c¶ vÒ mÆt khoa häc lÉn øng dông §Ó kh¾c phôc nh÷ng h¹n chÕ trªn ®9 cã mét<br /> thùc tiÔn trong søc kháe ®êi sèng. C¸c nghiªn sè h'íng nghiªn cøu nh':<br /> cøu cho tíi nay ®9 ¸p dông c¶ c«ng nghÖ truyÒn<br /> - T¨ng nhiÖt ®é trÝch ly dÉn ®Õn t¨ng hiÖu<br /> thèng l trÝch ly r¾n - láng th«ng th'êng (cã<br /> suÊt trÝch ly, rót ng¾n thêi gian nh'ng l¹i khiÕn<br /> hoÆc kh«ng cã khuÊy trén), trÝch ly shoxlet [8],<br /> curcumin ph©n huû m¹nh: l'îng curcumin ph©n<br /> lÉn c«ng nghÖ hiÖn ®¹i l trÝch ly CO2 siªu tíi<br /> huû ë 50oC l 2% v ë 70oC l 4% [7].<br /> 52<br />  - TiÕn h nh trÝch ly nhiÒu bËc cã thÓ thu triÖt ®Öm phosphate 0,02 M pha theo D§VN III tËp<br /> ®Ó l'îng curcumin, t¨ng hiÖu suÊt trÝch ly nh'ng 1, metanol HPLC, axeton nitril HPLC.<br /> còng t¨ng thêi gian v h m l'îng t¹p chÊt lªn<br /> 2. ThiÕt bÞ<br /> nhiÒu lÇn.<br /> - TiÕn h nh trÝch ly curcumin víi c¸c dung HÖ thèng trÝch ly cã khuÊy trén t¹i Phßng<br /> m«i kh¸c nhau [9]: trong ®ã mét sè dung m«i thö nghiÖm Trung t©m Gi¸o dôc v Ph¸t triÓn<br /> nh' natri butyl mono glycol sunfat, natri s¾c ký Tr'êng §¹i häc B¸ch khoa H Néi.<br /> salicylat cho phÐp trÝch ly curcumin kh¸ triÖt ®Ó ThiÕt bÞ siªu ©m: thiÕt bÞ siªu ©m cña h9ng<br /> víi ®é chän läc cao. Tuy nhiªn qu¸ tr×nh trÝch ly Telsonic (Thôy SÜ) lo¹i TPC-280.<br /> vÉn mÊt nhiÒu thêi gian, c¸c lo¹i dung m«i trªn ThiÕt bÞ s¾c ký HPLC: m¸y s¾c ký HPLC<br /> kh«ng phæ biÕn, chi phÝ cao v cã tÝnh ®éc Agilent 1100, Detector: UV-VIS, cét pha ®¶o<br /> kh«ng thËt sù phï hîp víi qu¸ tr×nh trÝch ly c¸c RP - C18 25 cm, ®'êng kÝnh trong 4 mm, kÝch<br /> chÊt phôc vô c«ng nghiÖp d'îc v thùc phÈm. th'íc h¹t nhåi 5 mm.<br /> B i b¸o n y øng dông sù hç trî cña sãng<br /> 3. Ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu<br /> siªu ©m v o qu¸ tr×nh trÝch ly curcumin tõ cñ<br /> nghÖ. Siªu ©m l mét ph'¬ng ph¸p kh«ng sö TrÝch ly th'êng cã khuÊy trén: Thêi gian<br /> dông nhiÖt cã t¸c dông ph¸ vì c¬ häc th nh tÕ trÝch ly l 8 giê, nhiÖt ®é l 60oC, dÞch trÝch thu<br /> b o v n©ng cao hiÖu qu¶ chuyÓn khèi. ¦u ®iÓm ®'îc ®'îc xö lý tiÕp nh' dÞch trÝch ë qu¸ tr×nh<br /> n y ®'îc øng dông v o trÝch ly ®Ó hç trî sù ph¸ trÝch ly siªu ©m (h×nh 1).<br /> hñy tÕ b o nhanh h¬n v hiÖu qu¶ h¬n so víi TrÝch ly siªu ©m: Sãng siªu ©m cã t¸c dông<br /> trÝch ly khuÊy trén. So víi c¸c ph'¬ng ph¸p khuÊy trén m¹nh, l m di chuyÓn c¸c líp chÊt<br /> kh«ng gia nhiÖt kh¸c nh' ¸p suÊt thñy tÜnh cao láng t¹o ra sù chªnh lÖch nång ®é ë bÒ mÆt ph©n<br /> (HP), khÝ nÐn CO2 (cCO2) v CO2 siªu tíi h¹n c¸ch c¸c pha do hiÖu øng ch¶y ©m v hiÖu øng<br /> (ScCO2)…, siªu ©m dÔ d ng thö nghiÖm trong t¹o lç hæng, t¨ng c'êng ®é khuÕch t¸n ®èi l'u.<br /> phßng thÝ nghiÖm, cho kÕt qu¶ cã tÝnh lÆp l¹i TÇn sè siªu ©m cao th× sù khuÊy trén c ng<br /> cao phï hîp víi viÖc chuyÓn qui m«. m¹nh. Nh'ng tÇn sè sãng siªu ©m lín sÏ l m<br /> ý t'ëng sö dông siªu ©m cßn nh»m gi¶m cho vËt liÖu bÞ xÐ nhá, t¹o ®iÒu kiÖn cho c¸c t¹p<br /> c«ng ®o¹n xö lý nguyªn liÖu ®Çu, gi¶m ®¸ng kÓ chÊt sÏ hßa tan trong dung m«i. Do ®ã víi mçi<br /> thêi gian trÝch ly, kh«ng ph¶i gia nhiÖt m vËt liÖu ®ßi hái mét d¶i tÇn sè sãng thÝch hîp<br /> kh«ng l m gi¶m hiÖu suÊt trÝch ly dÉn ®Õn gi¶m nªn chóng t«i ®9 thö nghiÖm trÝch ly siªu ©m víi<br /> chi phÝ ®¸ng kÓ. 3 tÇn sè kh¸c nhau: 35 KHz, 25 KHz, 20 KHz.<br /> Cã thÓ thÊy ®©y l mét kÕt qu¶ ban ®Çu rÊt Thêi gian trÝch ly l 10, 15 v 20 phót, nhiÖt ®é<br /> ®¸ng khÝch lÖ ®Ó tiÕn tíi nghiªn cøu c¶i tiÕn ®'a l 28oC. C¸c mÉu nghÖ ®'îc ng©m trong dung<br /> ra mét c«ng nghÖ tèi 'u trÝch ly curcumin tõ cñ m«i theo tû lÖ 1:6 v ®'a v o bÓ siªu ©m ®Ó trÝch<br /> ly theo c¸c thêi gian v tÇn sè trªn.<br /> nghÖ ë qui m« b¸n s¶n xuÊt v c«ng nghiÖp.<br /> To n bé quy trÝch t¸ch curcumin tiÕp theo<br /> II - Nguyªn liÖu, thiÕt bÞ v, ®'îc tãm t¾t trong s¬ ®å h×nh 1.<br /> ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu §Þnh l'îng curcumin theo [12]: B'íc sãng<br /> ph¸t hiÖn 425 nm, vËn tèc dßng 0,6 ml/phót, thÓ<br /> 1. Nguyªn liÖu nghiªn cøu tÝch tiªm 20 µl.<br /> ë n'íc ta, nghÖ v ng ®'îc trång nhiÒu ë<br /> B¾c Giang, Kho¸i Ch©u, H'ng Yªn, CÇn Th¬, v× III - KÕt qu¶ v, th¶o luËn<br /> thÕ chóng t«i sö dông nguyªn liÖu l cñ nghÖ<br /> kh« lÊy tõ B¾c Giang víi 2 kÝch th'íc kh¸c KÕt qu¶ thö nghiÖm ®'îc tr×nh b y trªn h×nh<br /> nhau: d¹ng bét v d¹ng l¸t d y 3 mm. 2 v 3.<br /> Dung m«i trÝch ly: etanol 90O H×nh 2 l kÕt qu¶ trÝch ly curcumin tõ nghÖ<br /> l¸t d y 3 mm, chØ ra sù ¶nh h'ëng cña thêi gian<br /> Dung m«i, hãa chÊt ph©n tÝch: dung dÞch<br /> 53<br />  qu¶ t'¬ng tù trªn h×nh 3 ®èi víi trÝch ly<br /> curcumin tõ bét nghÖ.<br /> Kh¶o s¸t s¬ bé c¸c sè liÖu cho thÊy thêi gian<br /> trÝch ly thÝch hîp l 15 phót, gi¶m 192 lÇn so víi<br /> trÝch ly th«ng th'êng kh«ng khuÊy trén ë cïng<br /> ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é, gi¶m 32 lÇn (gi¶m h¬n 90%)<br /> so víi tr'êng hîp cã khuÊy trén v gia nhiÖt.<br /> HiÖu suÊt thu ®'îc tõ trÝch ly siªu ©m cßn<br /> cao h¬n trÝch ly th'êng cã khuÊy trén v gia<br /> nhiÖt.<br /> KÕt qu¶ n y, céng víi viÖc lo¹i bá thao t¸c<br /> gia nhiÖt kh«ng nh÷ng l m t¨ng n¨ng suÊt qu¸<br /> tr×nh trÝch ly m cßn gi¶m n¨ng l'îng tiªu thô<br /> còng nh' gi¶m l'îng curcumin ph©n huû do<br /> nhiÖt ®é.<br /> C¸c kÕt qu¶ còng chøng tá hiÖu suÊt trÝch ly<br /> t¨ng theo tÇn sè sãng siªu ©m v qu¸ tr×nh trÝch<br /> ly kh«ng yªu cÇu chÆt chÏ vÒ kÝch th'íc vËt<br /> liÖu.<br /> H×nh 1: Quy tr×nh t¸ch curcumin Víi kÕt luËn n y, trong nh÷ng nghiªn cøu<br /> tiÕp theo chóng t«i sÏ tiÕn h nh thö nghiÖm<br /> v tÇn sè ®èi víi hiÖu suÊt trÝch ly bëi ph'¬ng dïng siªu ©m ®Ó tiÒn xö lý cñ nghÖ th«, bao<br /> ph¸p trÝch ly siªu ©m, cã so s¸nh víi ph'¬ng gåm röa v trÝch ly trùc tiÕp tõ nghÖ l¸t. Nh'<br /> ph¸p trÝch ly r¾n láng cã khuÊy v gia nhiÖt. KÕt vËy tiÕp tôc gãp phÇn gi¶m ®'îc gi¸ th nh.<br /> <br /> Trích ly siêu âm ngh lát 3mm<br /> <br /> <br /> 10 15 20 480<br /> <br /> 1<br /> <br /> 0,9<br /> <br /> 0,8<br /> <br /> 0,7<br /> <br /> 0,6<br /> Hi u su t, %<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0,5<br /> <br /> 0,4<br /> <br /> 0,3<br /> <br /> 0,2<br /> <br /> 0,1<br /> <br /> 0<br /> 20 KHz 25 KHz 35 KHz Khu y<br /> <br /> Th i gian, phút<br /> <br /> <br /> H×nh 2: ¶nh h'ëng cña tÇn sè, thêi gian trÝch tíi hiÖu suÊt trÝch ly curcumin tõ nghÖ l¸t d y 3 mm<br /> <br /> 54<br />  Trích ly siêu âm ngh lát 3mm<br /> <br /> <br /> 10 15 20 480<br /> <br /> 1<br /> <br /> 0,9<br /> <br /> 0,8<br /> <br /> 0,7<br /> <br /> 0,6<br /> Hi u su t, %<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0,5<br /> <br /> 0,4<br /> <br /> 0,3<br /> <br /> 0,2<br /> <br /> 0,1<br /> <br /> 0<br /> 20 KHz 25 KHz 35 KHz Khu y<br /> <br /> Th i gian, phút<br /> <br /> <br /> H×nh 3: ¶nh h'ëng cña tÇn sè, thêi gian trÝch tíi hiÖu suÊt trÝch ly curcumin tõ bét nghÖ<br /> <br /> Bªn c¹nh hiÖu suÊt trÝch ly, ®é tinh khiÕt cña nhau, diÖn tÝch pic kh¸c nhau tøc l ®é tinh<br /> s¶n phÈm còng ®'îc kiÓm tra th«ng qua ph©n khiÕt kh¸c nhau. So s¸nh víi mÉu curcumin<br /> tÝch s¾c ký (HPLC) víi 2 tr'êng hîp nguyªn chuÈn (h×nh 6) th× cã thÓ ®¸nh gi¸ mÉu nghÖ<br /> liÖu ®9 t¸ch tinh dÇu (d¹ng bét-h×nh 5) v ch'a ch'a t¸ch tinh dÇu cã ®é tinh khiÕt 55,0%, mÉu<br /> t¸ch tinh dÇu (d¹ng l¸t 3 mm- h×nh 4). KÕt qu¶ nguyªn liÖu ®9 t¸ch tinh dÇu cã ®é tinh khiÕt<br /> cho thÊy thêi gian l'u cña curcumin l 5,1 phót. 72,9%.<br /> Bªn c¹nh pic chÝnh cã mét pic phô cã thêi gian C¸c kÕt qu¶ vÒ ®é tinh khiÕt cña s¶n phÈm<br /> l'u l 4 phót nh'ng diÖn tÝch bÐ, cã thÓ ®©y l ®¹t ®'îc theo qui tr×nh t¸ch (h×nh 1) chØ dïng<br /> mét dÉn xuÊt cña curcumin. DiÖn tÝch pic s¾c ký mét b'íc kÕt tinh kh¼ng ®Þnh thªm h'íng<br /> thu ®'îc l mét h m phô thuéc v o nång ®é cña nghiªn cøu dïng trÝch ly siªu ©m ®9 ®¹t ®'îc ®é<br /> curcumin, râ r ng víi cïng l'îng mÉu gièng chän läc cao.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H×nh 4: S¾c ký ®å dÞch chiÕt curcumin tõ nghÖ ch'a t¸ch tinh dÇu<br /> <br /> 55<br />  H×nh 5: S¾c ký ®å dÞch chiÕt curcumin tõ nghÖ ®9 t¸ch tinh dÇu<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H×nh 6: S¾c ký ®å mÉu chuÈn curcumin<br /> <br /> IV - KÕt luËn nh' l m gi¶m ®'îc l'îng curcumin ph©n hñy do<br /> nhiÖt ®é.<br /> Víi c¸c kÕt qu¶ thu ®'îc chóng t«i cã mét - Sö dông trÝch ly siªu ©m cho ®é chän läc<br /> sè kÕt luËn sau: cao cña s¶n phÈm ngay c¶ víi dung m«i rÎ tiÒn<br /> - §9 kh¶o s¸t 3 th«ng sè ¶nh h'ëng ®Õn qu¸ v phæ biÕn nh' etanol 96%.<br /> tr×nh trÝch ly siªu ©m curcumin l thêi gian, tÇn Nh' vËy kÕt qu¶ b i b¸o l c¬ së cho viÖc<br /> sè v d¹ng nguyªn liÖu ®Çu. KÕt qu¶ cho thÊy nghiªn cøu qui tr×nh tèi 'u trÝch ly curcumin<br /> hiÖu suÊt trÝch ly t¨ng cïng víi tÇn sè, thêi gian b»ng ph'¬ng ph¸p trÝch ly siªu ©m. ThiÕt bÞ v<br /> trÝch ly thÝch hîp kho¶ng 15 phót v qu¸ tr×nh ph'¬ng ph¸p t'¬ng ®èi ®¬n gi¶n, rÊt phï hîp ®Ó<br /> trÝch ly kh«ng yªu cÇu chÆt chÏ vÒ h×nh d¹ng v triÓn khai chuyÓn sang qui m« Pilot v c«ng<br /> kÝch th'íc vËt liÖu. nghiÖp.<br /> - Sö dông trÝch ly siªu ©m kh«ng l m gi¶m Acknowledgment: The authors gratefully<br /> hiÖu suÊt trÝch ly so víi ph'¬ng ph¸p trÝch ly cã acknowledge the receipt of a grant from the<br /> khuÊy trén v gia nhiÖt m cßn gi¶m h¬n 90% Flemish Interuniversity Council for University<br /> thêi gian trÝch ly. H¬n n÷a, viÖc kh«ng ph¶i gia Development cooperation (VLIR UOS) which<br /> nhiÖt dÉn tíi gi¶m ®'îc ®¸ng kÓ chi phÝ còng enabled them to carry out this work.<br /> <br /> 56<br />  T,i liÖu tham kh¶o C. Srimal. Hum Exp Toxicol. 2003 Dec;<br /> 22(12), 653-8.<br /> 1. S. V. Jovanovic, S. Steenken, C. Boone, M. 7. Quintanilla Almagro, Eliseo; Diaz Alperi,<br /> G. Simic. J. Am. Chem. Soc, 121(41), 9677 Joaquin. Method for obtaining apolar and<br /> - 9681 (1999). polar extracts of curcuma and applications<br /> 2. B. B. Aggarwal, A. Kumar, A. C. Bharti. thereof. United States Patent 6440468.<br /> Anticancer Res. 2003 Jan-Feb; 23(1A), 363 8. Giang ThÞ S¬n v céng sù. T¹p chÝ D'îc<br /> - 98. häc, sè 1, 15 - 17 (2002).<br /> 3. S. Wesser, P. Muenzner, TF. Meyer, M.<br /> 9. Vilas Gajanan Gaikar, Deepak Vijay<br /> Naumann. Biol Chem., 386(5), 481 - 90<br /> Dandekar: Process for extraction of<br /> (2005).<br /> curcuminoids from curcuma species. United<br /> 4. R. Olszanecki, J. Jawien, M. Gajda, L. States Patent 6224877.<br /> Mateuszuk, A. Gebska, M. Korabiowska, S.<br /> Chlopicki, R. Korbut. J-Physiol-Pharmacol. 10. W. Baumann, S. V. Rodrigues and L. M.<br /> 2005 Dec; 56(4), 627-35. Viana. J. Chem. Eng., Vol. 17, No. 3 S9o<br /> Paulo Sept. (2000).<br /> 5. Tozo Nishiyama, Tatsumasa Mae, Hideyuki<br /> Kishida, Misuzu Tsukagawa, Yoshihiro 11. Angel L. Chassagnez-MendÐz, NÐlio T.<br /> Mimaki, Minpei Kuroda, Yutaka Sashida, Machado, Marilena E. Araujo, J. G. Maia,<br /> Kazuma Takahashi, Teruo Kawada, Kaku and M. Angela A. Meireles. Ind. Eng.<br /> Nakagawa, and Mikio Kitahara. J. Agric. Chem. Res., 39 (12), 4729 - 4733.<br /> Food Chem., 53 (4), 959 - 963 (2005). 12. Ch©u VÜnh ThÞ v céng sù. T¹p chÝ D'îc<br /> 6. P. K. Shukla, V. K. Khanna, M. Y. Khan, R. häc, 8/2004, 22 - 25.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 57<br />