Luận Văn Thạc Sĩ Công Nghệ Hóa Học: Nghiên Cứu Tạo Hệ Phân Tán Submicron Piperine

Luận văn thạc sĩ công nghệ hóa học nghiên cứu tạo hệ phân tán submicron piperine, ứng dụng trong dược phẩm và thực phẩm chức năng.

• Tác giả: Vũ Thị Mai Hường
• Người hướng dẫn: PGS. Phan Thanh Sơn Nam
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu tạo hệ phân tán submicron piperine
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Luận Văn Thạc Sĩ Nghiên Cứu Tạo Hệ Phân Tán Submicron Piperine

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc nghiên cứu tạo hệ phân tán submicron piperine trong lĩnh vực công nghệ hóa học. Mục tiêu chính là khắc phục hạn chế về độ hòa tan và phân tán của piperine trong nước, từ đó nâng cao khả năng ứng dụng của nó trong các sản phẩm chăm sóc da và hỗ trợ điều trị bệnh bạch biến. Piperine, một alkaloid có nguồn gốc từ hạt tiêu đen, được biết đến với nhiều hoạt tính sinh học như chống oxy hóa, kháng viêm và ngăn ngừa ung thư. Tuy nhiên, độ hòa tan thấp của nó trong nước đã hạn chế hiệu quả ứng dụng. Hệ phân tán submicron được tạo ra bằng kỹ thuật đồng hóa kết hợp với các phụ gia thực phẩm, giúp giảm kích thước hạt xuống còn 120 nm, tăng cường khả năng hấp thu và ổn định của piperine.

1.1. Phương Pháp Phân Tán Hóa Học

Phương pháp phân tán hóa học được sử dụng để tạo hệ thống phân tán submicron piperine. Quá trình này bao gồm việc sử dụng kỹ thuật đồng hóa áp suất cao kết hợp với các chất nhũ hóa như lecithin và tween 80. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hệ phân tán như nồng độ piperine, thời gian đồng hóa và tốc độ khuấy được khảo sát kỹ lưỡng. Kết quả cho thấy, hệ phân tán submicron piperine có kích thước hạt trung bình 120 nm, hình cầu và độ phân tán đồng đều. Điều này không chỉ cải thiện độ hòa tan của piperine mà còn tăng cường khả năng hấp thu và hiệu quả sinh học của nó.

1.2. Ứng Dụng Hóa Học Và Công Nghệ Nano

Ứng dụng hóa học của hệ phân tán submicron piperine được thể hiện rõ trong các sản phẩm chăm sóc da và hỗ trợ điều trị bệnh bạch biến. Công nghệ nano đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các hạt submicron, giúp tăng cường khả năng thẩm thấu của piperine qua da. Ngoài ra, hệ phân tán này còn có tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác như dược phẩm và thực phẩm chức năng, nhờ vào khả năng bảo vệ và giải phóng có kiểm soát các hoạt chất. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc phát triển các sản phẩm từ thiên nhiên an toàn và hiệu quả.

II. Hệ Thống Phân Tán Và Công Nghệ Hiện Đại

Hệ thống phân tán submicron piperine được nghiên cứu và phát triển dựa trên các công nghệ hiện đại như kỹ thuật đồng hóa áp suất cao và sử dụng các chất nhũ hóa an toàn. Hệ thống hóa học này không chỉ cải thiện độ hòa tan của piperine mà còn đảm bảo tính ổn định và hiệu quả của sản phẩm. Các yếu tố như pH, nhiệt độ và sự hiện diện của các ion kim loại được khảo sát để tối ưu hóa quá trình bảo quản và sử dụng hệ phân tán. Kết quả nghiên cứu cho thấy, hệ phân tán submicron piperine có thể được bảo quản tốt trong điều kiện pH trung tính và hạn chế sự hiện diện của các ion kim loại như Cu2+ và Fe3+.

2.1. Phương Pháp Đánh Giá Hệ Phân Tán

Phương pháp đánh giá hệ phân tán bao gồm việc sử dụng các kỹ thuật như Dynamic Light Scattering (DLS) và Transmission Electron Microscopy (TEM) để xác định kích thước, hình dạng và độ phân tán của các hạt submicron. Kết quả từ DLS cho thấy kích thước hạt trung bình là 120 nm, trong khi TEM xác nhận hình dạng cầu và độ phân tán đồng đều của các hạt. Các phương pháp này không chỉ giúp đánh giá chất lượng của hệ phân tán mà còn cung cấp thông tin quan trọng để tối ưu hóa quá trình sản xuất và ứng dụng.

2.2. Điều Kiện Bảo Quản Và Ổn Định

Điều kiện bảo quản của hệ phân tán submicron piperine được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả của sản phẩm. Các chất bảo quản như methyl paraben và propyl paraben được sử dụng với nồng độ không quá 0.03% để hạn chế sự phân hủy của piperine. Ngoài ra, sự hiện diện của các ion kim loại như Cu2+ và Fe3+ cũng được kiểm soát chặt chẽ để tránh ảnh hưởng đến độ bền của hệ phân tán. Kết quả nghiên cứu cho thấy, hệ phân tán submicron piperine có thể được bảo quản tốt trong điều kiện pH trung tính và hạn chế sự hiện diện của các ion kim loại.

III. Giá Trị Và Ứng Dụng Thực Tiễn

Luận văn thạc sĩ này không chỉ mang lại giá trị khoa học mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong các lĩnh vực như dược phẩm, mỹ phẩm và thực phẩm chức năng. Hệ phân tán submicron piperine được tạo ra từ nghiên cứu này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong việc phát triển các sản phẩm chăm sóc da và hỗ trợ điều trị bệnh bạch biến. Ngoài ra, việc sử dụng các chất nhũ hóa an toàn như lecithin và tween 80 cũng đảm bảo tính an toàn và thân thiện với môi trường của sản phẩm. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc phát triển các sản phẩm từ thiên nhiên an toàn và hiệu quả.

3.1. Tiềm Năng Ứng Dụng Trong Dược Phẩm

Tiềm năng ứng dụng của hệ phân tán submicron piperine trong lĩnh vực dược phẩm được thể hiện qua khả năng tăng cường hiệu quả của các hoạt chất như curcumin và beta-carotene. Piperine được biết đến với khả năng tăng cường sinh khả dụng của các chất dinh dưỡng và thuốc, nhờ vào việc ức chế các enzym chuyển hóa. Hệ phân tán submicron không chỉ cải thiện độ hòa tan của piperine mà còn tăng cường khả năng hấp thu và hiệu quả của nó trong cơ thể. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc phát triển các sản phẩm dược phẩm từ thiên nhiên an toàn và hiệu quả.

3.2. Ứng Dụng Trong Mỹ Phẩm Và Thực Phẩm Chức Năng

Ứng dụng của hệ phân tán submicron piperine trong lĩnh vực mỹ phẩm và thực phẩm chức năng được thể hiện qua khả năng chống oxy hóa, kháng viêm và ngăn ngừa ung thư của piperine. Công nghệ nano đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các hạt submicron, giúp tăng cường khả năng thẩm thấu của piperine qua da. Ngoài ra, hệ phân tán này còn có tiềm năng ứng dụng trong các sản phẩm thực phẩm chức năng, nhờ vào khả năng bảo vệ và giải phóng có kiểm soát các hoạt chất. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc phát triển các sản phẩm từ thiên nhiên an toàn và hiệu quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về alkaloid Alkaloid là một trong những nhóm chất lớn trong thế giới tự nhiên gồm những hợp chất hữu cơ dị vòng có chứa nitơ, có tính bazơ nhưng cũng bao gồm một số hợp chất trung tính và thậm chí cả tính acid yếu[1]. Ngày này người ta đã phát hiện hơn 8000 hợp chất tự nhiên và dẫn xuất của alkaloid. Hơn thế nữa, mỗi năm trung bình hơn 100 công thức được phát hiện thêm trên khắp thế giới [2].1: Ví dụ về một số hợp chất alkaloid có trong thiên nhiên 1 (a) (b) (c) Hình 1.2: Nguồn gốc thiên nhiên của các alkaloid quen thuộc: (a) Cây anh túc chứa Papaverine, laudanosine, laudanine. (b) Cây thuốc lá chứa Nicotin.

(c) Hạt tiêu dài “long pepper” chứa piperine. Alkaloid thường gặp ở trong nhiều loài thực vật và đôi khi còn tìm thấy trong một vài loài động vật.Đặc biệt, alkaloid có hoạt tính sinh học rất caođối với cơ thể con người và động vật, nhất là đốivới hệ thần kinh.Chỉ một lượng nhỏ,alkaloid là chất độc gâychết người nhưng lại có khi nó là thần dược trị bệnh đặc hiệu.Ví dụ như gây tê cục bộ và chất kích thích caffeine, nicotine, thuốc giảm đau morphine, kháng khuẩn berberine, hợp chất chống ung thư vincristine, thuốc giãn mạch vincamine, chống hen suyễn ephedrine, thuốc chống và điều trị sốt rét quinin[3]. Phân loại Do số lượng alkaloid rất nhiều và đa dạng nên nếu dựa vào cấu trúc dị vòng để phân loại alkaloid thì sẽ rất bất tiện, không phân loại được hết alkaloid. Để đơn giản, các alkaloids thường được nhận biết dựa vào nguồn gốc sinh tổng hợp cấu tạo nên chúng và trên các đặc tính sinh học.

Từ quan điểm trên, các alkaloid được phân chia thành 3 nhóm chính[2]:  Akaloid thực (true alkaloids).1 Akaloid thực (true alkaloid) “Alkaloid thực”là nhóm lớn nhất trong họalkaloid với các họ Pyrrolidine, Trophane, Pyrrolizidine,Piperidine, Quinolizidine, Indolizidine, Phenylethyl amine, Benzyltetrahydro,isoquinolin. Alkaloid thựcđược sinh tổng hợp từamino acid và có chứa nguyên tử N trong dị vòng. Những alkaloid này luôn có tính base và hoạt tính sinh học rất cao dù chỉ là một lượng nhỏ. Trong họalkaloid thựccópiperine đang được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ với nhiều tiềm năng như chữa bệnh bạch biến, chống ung thư, tăng hiệu quả sử dụng thuốc khi kết hợp[12].

Protoalkaloid Protoalkaloid là một nhóm nhỏ của alkaloid, có hoạt tính sinh học.Chúng được sinh tổng hợp từ các amino acid và nguyên tử N không nằm trong nhân dị vòng của hợp chất. Hordenine, mescaline và yohimbine là những đại diện tiêu biểu cho họ này.Boscia angustifolia là một chất được phát hiện gần đây có khả năng chữa bệnh thần kinh và thuốc giảm đau[2], hay mescaline là 1 alkaloid được chiết xuất ra từ cây Peyote cactus (lophophora williamsii). Mescaline là một chất gây tác động thần kinh mạnh và gây ảo giác. Peyote cactus phát triển chủ yếu ở vùng nam Mexico và Mỹ[2].

Alkaloid giả(pseudoalkaloid) Pseudoalkaloid (alkaloid giả) là những hợp chất không bắt nguồn từ amino acid, mà từ các dạng sơ khai hay biến tính của nhóm amino acid. Coniine, capsaicin, ephedrine, solanidine, caffeine, theobromine and pinidinelà những chất trong tiêu biểu trong họ này. 3 Bên cạnh đó, theo khía cạnh phân loại cấu trúc hóa học, có thể phân loại alkaloid thành nhiều nhóm có cùng cấu trúc nhân dị vòng. Sự tương quan giữa 2 phương pháp phân loại được thể hiện như sau: 1.

Tính chất chungcủa alkaloid 1. Trạng thái - M i : thường không m i. - Vị : thường đắng piperin, capsaicin cay [4]. - Màu : thường không màu (berberin, palmatin, chelidonin: màu vàng, jatrorrhizin màu đỏ cam, pyocyanin màu anh.

Alkaloid tồn tại ở 2 dạng: lỏng và rắn. Alkaloid không chứa o y thường ở trạng thái lỏng, Alkaloid có chứa o y thường ở trạng thái rắn (dạng kết tinh rắn)[1]. Tính tan[3] - Alkaloid dạng bazơ: khó tan trong nước nhưng tan tốt trong dung môi phân cực. - Alkaloid dạng muối: dễ tan trong nước nhưng khó tan trong dung môi kém phân cực.

- Alkaloid dạng phenol: tan được trong dung môi kiềm. Tính base - Alkaloid có độ phân cực trung bình, thường có tính kiềm do có sự hiện diện của nguyên tử Nitơ trong phân tử. Tính base khác nhau phụ thuộc một phần vào các nhóm thế trong mạch[1]. Các alkaloid có thể kết hợp với các acid tạo thành muối.

Một số alkaloid có thể làm kết tủa Fe(OH)3, Al(OH)3 trong dung dịch. Một số alkaloid có thể đẩy được các bazơ yếu hơn ra khỏi muối của chúng. Hoạt tính sinh học cao Hiện nay, alkaloid đang được nghiên cứu và ứng dụng một cách cẩn thận trong nộng nghiệp, y học đặc biệt là thần kinh học.Các chế phẩm chiết xuất của một số cây từ lâu đã được sử dụng như các chất kích thích, gây nghiện hay chữa bệnh thần kinh tùy vào mục đích của người sử dụng.Ngoài ra, tùy thuộc vào hàm lượng chất đươc sử dụng, với hàm lượng nhỏ có khả năng chữa bệnh nhưng hàm lương cao có thể là thuốc độc[5].  Cocaine và cathinone là chất kích thích hệ thống thần kinh trung ương.

 Mescaline và nhiều alkaloid indole (chẳng hạn như psilocybin, dimethyltryptamine và ibogaine) có tác dụng gây ảo giác.  Morphine và codeine là thuốc giảm đau cực mạnh. Vai trò chống ung thư : Nhóm vinca alkaloid chiết tác ra từ Madagascar periwinkle, Catharantus roseus G.Don, bao gồm 130 terpenoid indole alkaloid đã được nghiên cứu và phát triển thành thuốc chống ung thư hiệu quả[4].2 Tổng quan vềpiperine 1.1 Một số tính chất lý – hóa của piperin Piperine((E,E)-1-[5-(1,3-Benzodioxol-5-yl)-1-oxo-2,4-pentadienyl]- piperidine) là một alkaloid được chiết xuất từ các loại thảo mộc thuộc họ piper, chiếm khoảng 5,7% thành phần hạt tiêu[6], thuộc nhóm alkaloid thực. Piperine có công thức phân tử là C17H19NO3, nóng chảy tại nhiệt độ 133oC.

Piperine được Hans Christian Oerstedt phát hiện đầu tiên vào năm 1819 từ quả của cây hồ tiêu Piper nigrum, nguồn gốc của cả giống tiêu đen và tiêu trắng hiện nay. Năm 1879, Macmillan và cộng sự tìm thấy piperine trong giống hồ tiêu Piper longum và Piper officinarum [7].3: Công thức cấu tạo phân tử piperine Đồng phân quang học của piperine là chavicin là amid của piperidin với peperittic acid, có công thức cấu tạo như sau: Hình 1.4: Công thức cấu tạo phân tử chavicin  Tính chất vật lí Piperine là tinh thể không màu, không m i, không tan trong nước sôi, tan rất nhiều trong rượu nóng, có tính kiềm nhẹ tính bazơ yếu. Khi đun với dung dịch rượu kali, cho piperic acid C12H19O4 và một alkaloid khác lỏng, bay hơi là piperidin C5H11N. Để định tính piperine có thể tiến hành một trong 2 cách: 6  Nhỏ lên bột hồ tiêu 1-2 giọt H2SO4 đặc sẽ xuất hiện màu vàng sau chuyển nhanh sang đỏ nâu rồi chuyển dần sang màu nâu tối, cuối cùng có màu xanh nâu (phản ứng của piperine).

 Nhỏ lên bột hồ tiêu vài giọt cồn 90-95oC, để hơi khô, nhỏ lên 1 giọt nước, đậy kính mỏng lên rồi soi sẽ thấy ở mép tấm kính mỏng có ít tinh thể piperine hình kim.  Tính chất hóa học - Khối lượng phân tử: 285,338 g/mol. - Nhiệt độ nóng chảy: 130oC. - Khối lượng riêng: 1,197 g/cm3.

- Phổ UV-Vis của piperine[16] Hình 1.5: Đồ thị phổ hấp thupiperine trong dung môi EtOH Đối với dung môi etanol piperine có m ax  344 nm và   31000M 1cm1 .2 Hoạt tính sinh học của piperine  Hoạt tính chống viêm và tăng miễn dịch cho cơ thể. Piperin có tác dụng chống viêm và chống thấp khớp thông qua việc ức chế sảnphẩm của hai tiền cytokinine viêm quan trọng là IL6 (interleukine - 6) và PGE2 7 (prostaglandin - E2) trong sự tăng sinh nguyên bào sợi. Việc ức chế sản phẩm PGE2 là rất quan trọng do PGE2 đóng vai trò trung tâm trong quá trình gây viêm[8]. Đối với ung thư, piperine gây ra cái chết tế bào bằng nhiều cơ chế như ức chế sự hình thàch mạch máu mới trong khối u, làm giảm sự vận chuyển năng lượng trong ti thể tế bào thông qua giảm enzyme cyt – 450[9].

Piperine ngăn chặn phát sinh đột biến, ung thư bằng cách ức chế sự hình thành các sản phẩm quá trình oxy hóa lipid,tăng cường hoạt động của các enzyme chống oxy hóa, ngăn chặn suy giảm của glutathione – một chất có khả năng làm tăng miễm dịch của cơ thể, nó suy giảm theo tuổi và sự suy giảm này có liên quan đến sự tấn công của bệnh tật[10]. Trong một nghiên cứu gần đây cho thấy piperine có khả năng chống trầm cảmbằng cách nâng cao hiệu lực nhận thức và hoạt động trí não, do đó ở liều thấp piperine là một chất tiềm năng để cải thiện hoạt động trí não[11].  Hoạt tính ức chế p-glycoprotein để tăng sinh khả dụng một số chất. Piperine có khả năng làm tăng sinh khả dụng của một số chất như curcumin, beta – caroretene, coenzyme Q10… bởi nó kích thích hoạt động của các amino acid vận chuyển trong đường ruột, ức chế p-glycoprotein, làm giảm sản xuất acid glucuronic trong đường ruột, từ đó giúp đưa các chất này vào cơ thể dưới dạng hoạt động[12].

Do đó, các chất này có thể đi đến và thâm nhập vào trong các tế bào mục tiêu của chúng với thời gian lâu hơn so với những trường hợp khác[15]. Tuy nhiên, cần chú ý là piperine độc ở liều cao, piperine làm tăng huyết áp, liệt hệ hô hấp 50mg/kg cơ thể). Nếu piperine tiêm vào bắp thịt cho thỏ hay chuột bạch hoặc cho hít hơi với liều cao thì thấy sau một thời gian kích thích ngắn có hiện tượng thở nhanh, chân tay tê liệt rồi mê hòan toàn, co rút, ngủ gà rồi chết do ngừng thở. Khi giải phẫu thì thấy lục phủ ngũ tạng đều có hiện tượng xuất huyết.

 Hoạt tính thúc đẩy sự tái tạo sắc tố trên da của người trong điều trị bệnh bạch biến. Bệnh bạch biến là một căn bệnh rối loạn sắc tố da khá phổ biến hiện nay với tỷ lệ mặc bệnh chiếm khoảng 1% trên toàn thế giới, tùy theo từng đia phương mà tỷ 8 lệthay đổi từ 0,1-9%[13].Nó xảy ra khi tế bào biểu bì không tạo hắc tố, các tế bào sắc tố da chết hoặc không thể hoạt động. Nguyên nhân của bạch biến hiện chưa rõ, một số nghiên cứu cho thấy rằng nó có thể phát sinh từ hệ thống miễn dịch, di truyền, tác động oxy hóa, do căng thẳng thần kinh, hoặc virus[14, 15]. Hình thức phổ biến nhất là bạch biến từng phần, bệnh có u hướng xuất hiện ở các phần rìa của cơ thể mang tính đối xứng trên bệnh nhân, đôi khi trên khu vực rộng lớn của cơ thể[16].6:Bệnh bạch biến xảy ra ở tay Một số phương pháp điều trị điều trị bạch biến[17]:  Trị liệu bằng tia UVB (Ultraviolet B radiation, 280-320nm).

 Trị liệu bằng tia UVA (Ultraviolet A radiation, 320-400nm).  Cấy tế bào biểu bì tạo hắc tố.  Những chất tương tự vitamin D như Calcipotriol và Tacalcitol.  Điều trị với corticosteroid bằng đường uống.