CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về cucurmin 1. Giới thiệu Cây nghệ vàng Curcuma longa L. thuộc họ gừng (Zingiberaceae), được trồng nhiều ở những vùng khí hậu nóng ẩm như Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Jamaica, Peru… và Việt Nam.
Củ nghệ từ lâu đã được sử dụng rộng rãi làm gia vị, chất bảo quản và chất tạo màu trong thực phẩm. Ngoài ra, củ nghệ cũng là một trong những phương thuốc dân gian hiệu quả trong chữa trị nhiều loại bệnh như vàng da, các bệnh về gan, mật, u nhọt, viêm khớp, cảm cúm, …Trong những thập kỷ gần đây, rất nhiều các nghiên cứu đã được công bố về hoạt tính sinh học và dược học của củ nghệ vàng cũng như các thành phần chiết xuất từ củ nghệ, trong đó curcumim là thành phần chính tạo nên dược tính cao và màu sắc của củ nghệ vàng, chiếm khoảng từ 2- 5% (Phan Thị Hoàng Anh, 2013; R. Curcumin là một sắc tố không hòa tan trong nước và ether nhưng hòa tan trong ethanol, dimethylsulfoxide và các dung môi hữu cơ khác (Bharat B. Aggarwal et al, 2003).
Đồng thời, curcumin không bền với các điều kiện môi trường, có thể dễ dàng bị hư hỏng khi tiếp xúc với các yếu tố như pH, nhiệt độ, ánh sáng, các ion kim loại, enzyme, oxy và axit ascorbic) (Yu Wang et al, 2009). Ngoài ra, cucurmin dễ dàng tương tác với các thành phần khác tạo màu sắc và hương vị không mong muốn (D. Do mức độ ổn định không cao nên curcumin được ứng dụng rất hạn chế trong công nghệ thực phẩm. Vi bao curcumin là một giải pháp có thể khắc phục được những hạn chế này này bằng cách tăng cường độ ổn định của curcumin và cải thiện khả năng hòa tan trong môi trường nước, tạo điều kiện sử dụng như một sắc tố tự nhiên (Yu Wang et al, 2009; I.
Cấu trúc hóa học Curcumin thuộc nhóm hợp chất hepatanoid diaryl. Về cấu trúc hóa học, cucurmin có hai vòng thơm được liên kết thông qua một chuỗi bảy carbon. Hai nhóm aryl được thay thế đối xứng bằng các nhóm methoxy và phenolic ở vị trí ortho và chuỗi bảy carbon liên hợp, một nhóm enone và một nhóm 1,3-diketone. Tương tự khung cấu trúc này, có một số thay đổi của nhóm methoxy hoặc hydroxyl trên một hoặc cả hai vòng thơm được gọi là curcuminoids (Bùi Thanh Tùng và cộng sự, 2001; Anushree Kumar et al, 2003).
Danh pháp 1 do an IUPAC của curcumin là (1E, 6E) -1,7-bis (4-hydroxy-3-methoxy phenyl) -1,6-heptadiene- 3,5-dione (K. Indira Priyadarsini, 2013; Anushree Kumar et al, 2003). Cấu trúc hóa học của curcumin (K. Cấu trúc phân tử của curcumin (1, 2) ở dạng đồng phân enol và diketone và curcuminoid (3, 4, 5) (Liang Shen et al, 2007).
2 do an Hình 1. Cấu trúc 3D của curcumin ở dạng enol và diketone (Liang Shen et al, 2007). Tính chất hóa học Curcumin (Diferuloylmethane) là một sắc tố có màu vàng cam tự nhiên, có điểm nóng chảy là 1830C và trọng lượng phân tử là 368. Aggarwal et al, 2003).
Mặc dù là một chất màu tự nhiên quan trọng được phép sử dụng trong thực phẩm, tuy nhiên curcumin thể hiện tính ổn định kém, dễ dàng bị hư hỏng khi tiếp xúc với các yếu tố như pH (dễ bị phân hủy ở pH > 7), nhiệt độ, ánh sáng, các ion kim loại, enzyme, oxy và axit ascorbic (D. Không hòa tan trong nước, axit và ether nhưng hòa tan trong ethanol, dimethylsulfoxide và các dung môi hữu cơ khác. Tồn tại chủ yếu ở dạng axit ferulic, feruloylmethane và các sản phẩm ngưng tụ màu nâu vàng. Ở các cấu hình này, curcumin có rất ít dược tính, không thích hợp sử dụng trong dược phẩm hay trong công nghiệp thực phẩm (Cano-Higuita, D.
Curcumin thường chứa ba thành phần chính: curcumin (77%), demethoxycurcumin (17%) và bisdemethoxycurcumin (3%) và được xem như là curcuminoids (hình 1.4) (Anushree Kumar et al, 2003; Li. W et al, 2013; Liang Shen et al, 2007; Cano-Higuita, D. 3 do an Hình 1. Cucurmin và các dẫn xuất chính trong củ nghệ (Bùi Thanh Tùng và cộng sự, 2011).
Về mặt quang phổ, curcumin hấp thụ tối đa ở mức 415 - 420nm trong acetone và dung dịch curcumin tinh khiết 1% có mật độ quang là 1650 đơn vị độ hấp thụ. Cucurmin có màu vàng rực rỡ ở pH 2.5 đến 7 và có màu đỏ ở pH > 7 (không bền ở khoảng pH này) (Anushree Kumar et al, 2003; D. ➢ Tác dụng sinh học của cucurmin Các nghiên cứu in vitro, in vivo và trên lâm sàng đã chứng minh các đặc điểm dược động học, tính an toàn và khả năng cho hiệu quả điều trị với nhiều loại bệnh của cucurmin. Cucurmin đã được nghiên cứu ứng dụng nhiều trong lĩnh vực y sinh học với các định hướng tác dụng như: chống oxy hóa, ức chế con đường truyền tín hiệu tế bào, ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của enzyme trong tế bào, khả năng thay đổi quá trình phiên mã gen và kích hoạt cơ chế làm chết tế bào theo chương trình (apoptosis).
Một số khả năng tác dụng khác 4 do an cũng được nghiên cứu nhiều như: chống viêm, ức chế sự nhân lên của virus gây suy giảm miễn dịch ở người (HIV), kháng khuẩn, chống bệnh sốt rét, chống ung thư, bảo vệ gan, thận, … (R. Tác dụng chống oxy hóa mạnh của cucurmin có thể được giải thích là do sự có mặt của các nhóm phenolic trong cấu túc. Trên in vitro, cucurmin có hiệu quả ức chế tăng sinh của tế bào ung thư buồng trứng, vú, cổ, tuyến tiền liệt, kết tràng, gan, tuyến tụy và xương (K. Indira Priyadarsini, 2013; Bùi Thanh Tùng và cộng sự, 2011).
Cucurmin có tác dụng sinh học đa dạng nhờ tác dụng lên nhiều đích, bao gồm: hoạt hóa các yếu tố phiên mã (như yếu tố nhân – kappa B, peroxisom proliferator – activated receptor – gamma và điều hòa các enzyme kinase), các cytpkine và các yếu tố tăng trưởng. Tiềm năng chống ung thư của curcumin bắt nguồn từ khả năng ngăn chặn sự tăng sinh của nhiều loại tế bào khối u (Anushree Kumar et al, 2003; Bùi Thanh Tùng và cộng sự, 2011). Về ứng dụng trong thực tiễn, cucurmin đã được sử dụng nhiều để hỗ trợ điều trị các bệnh khác nhau như: đục thủy tinh thể, vết thương khó liền, sỏi mật, dị ứng, viêm tụy, viêm loét dạ dày, viêm ruột, sốt, hội chứng suy giảm miễn dịch, bệnh vẩy nến, bệnh Alzheimer, xơ cứng bì, suy giáp, xơ năng, xơ vữa động mạch, nhồi máu cơ tim, loãng xương, … (Bùi Thanh Tùng và cộng sự, 2011). Tổng quan về vi bao 1.
Khái niệm vi bao Vi bao (Microencapsulation) được định nghĩa là công nghệ bao gói vật liệu trong các viên nang nhỏ, kín và có thể giải phóng vật liệu bên trong ở mức kiểm soát trong các điều kiện cụ thể (D. Aniesrani Delfiya1 et al, 2014; Krithika V, 2014). Cụ thể hơn, vi bao là quá trình bao gói các hạt nhỏ, chất lỏng hoặc chất khí bằng một lớp phủ hoặc nhúng chúng trong một chất nền đồng nhất (hay không đồng nhất) để tạo ra các viên nang nhỏ với những đặc tính hữu ích. Các viên nang có kích thước từ micromet đến vài milimet và có vô số hình dạng khác nhau, tùy thuộc vào vật liệu và phương pháp được sử dụng (Kashappa Goud H.
Desai et al, 2005). Thông thường, không sử dụng phương pháp vi bao đối với các vật liệu có chiều dài lớn hơn 3mm. Vi bao các vật liệu nằm trong giới hạn từ 100÷1000nm. Với kích cỡ từ 1÷100nm lúc này được là nanocapsulation hay nanoencapsulation (Kashappa Goud H.
Desai et al, 2005). 5 do an Kỹ thuật vi bao được sử dụng trong một số ngành công nghiệp như thực phẩm, hóa chất, dược phẩm, mỹ phẩm, …Trong lĩnh vực chế biến thực phẩm, kỹ thuật vi bao đã được sử dụng rộng rãi để bảo vệ các thành phần thực phẩm (như hương vị, tinh dầu, lipid, oleoresin và chất tạo màu) chống lại sự hư hỏng, bay hơi hoặc tương tác với các thành phần khác. Cơ chế bảo vệ là tạo thành một màng/tường xung quanh các giọt hoặc các hạt của vật liệu lõi. Kỹ thuật vi bao không chỉ bảo vệ chống lại tổn thất và thay đổi hóa học trong suốt quá trình sản xuất và lưu trữ thực phẩm, mà còn cho phép sản xuất các thành phần thực phẩm dưới dạng các sản phẩm dạng bột với các đặc tính mới (Cano-Higuita, D.
Ngành công nghiệp thực phẩm sử dụng công nghệ vi bao bởi những lý do sau: - Bảo vệ vật liệu lõi nhạy cảm (như hương vị, vitamin, khoáng chất, lipid không bão hòa, tinh dầu và muối) khỏi sự xuống cấp bằng cách tránh tiếp xúc với các yếu tố bên ngoài như oxi, nhiệt độ, ánh sáng, nước,. Desai et al, 2005; Anilkumar G. Gaonkar et al, 2014; Sohini Ray et al, 2015). - Các đặc tính vật lý của vật liệu ban đầu có thể được sửa đổi và dễ xử lý hơn (Kashappa Goud H.
Desai et al, 2005; Jayanudin et al, 2016; Sohini Ray et al, 2015). - Giảm tốc độ bay hơi hoặc giảm tốc độ chuyển các hợp chất dễ bay hơi (vật liệu lõi) vào môi trường (Jayanudin et al, 2016, Sohini Ray et al, 2015). - Có thể điều chỉnh tốc độ giải phóng vật liệu theo ý muốn. Sản phẩm có thể được tùy chỉnh để phát hành chậm theo thời gian hoặc để đạt đến một điểm nhất định (Kashappa Goud H.
Desai et al, 2005; Jayanudin et al, 2016). - Xử lý các thành phần hoạt tính quý (vật liệu này có thể được pha loãng dần với số lượng nhỏ, nhưng vẫn đạt được sự phân tán đồng đều của một lượng lớn vật liệu (Jayanudin et al, 2016, Sohini Ray et al, 2015). - Trộn các vật liệu không tương thích bằng cách tách các thành phần trong hỗn hợp (những thành phần sẽ phản ứng với nhau) (Jayanudin et al, 2016). - Vi bao cũng có thể được xem như một dạng bao bì thực phẩm sử dụng để che giấu mùi vị và màu sắc không mong muốn (Anilkumar G.
Gaonkar et al, 2014; Filomena Nazzaro et al, 2012; Jayanudin et al, 2016; Sohini Ray et al, 2015). Phân loại vi bao Vi bao thông thường được phân thành ba loại như sau: ➢ Phân loại theo kích thước 6 do an Kích thước hạt trong khoảng từ 3 đến 8μm, được gọi là microcapsule, microparticle hoặc microsphere. Các hạt lớn hơn 1000μm được gọi là macroparticle. Kích thước hạt cũng có thể phụ thuộc vào phương pháp đóng gói.
Bảng bên dưới thể hiện kích thước hạt khác nhau của một số phương pháp bao gói (Jayanudin et al, 2016). Kích thước hạt dựa trên phương pháp vi bao (Jayanudin et al, 2016).