LỜI MỞ ĐẦU Trong nhân gian từ xưa đến nay cây nghệ không chỉ là một gia vị thích hợp cho nhiều loại thức ăn, tạo màu thực phẩm có độ an toàn cho sức khỏe cao mà còn được sử dụng như một loại thuốc với các công dụng như ngăn cản sự hình thành sẹo xấu do sức căng của da, làm dịu cơn đau loét dạ dày tá tràng. Cây nghệ mọc hoang dại và được trồng trọt ở nhiều nước trên thế giới, trong những năm gần đây có nhiều công trình nghiên cứu về các hoạt tính sinh học của các hợp chất từ nghệ vàng như Guy Laroche (1933) đã nhận thấy chất màu curcumin trong nghệ làm tăng co bóp túi mật do đó có tác dụng trợ tiêu hóa nhưng không làm tăng acid dạ dày. Một công trình được nghiên cứu ở trường Đại học Bách khoa Tp HCM do TS Lê Thị Hồng Nhan thực hiện cho thấy các hợp chất được tách chiết từ nghệ có tác dụng ức chế sự phát triển của vi nấm Candida albicans, tại khoa Y thuộc Đại học Cornel Newyork năm 1997 cho thấy hợp chất curcuminoid trong củ nghệ có tác dụng làm giảm sự tiến triển của ung thư biểu mô tuyến đại tràng (Colon adenocarcinoma). Trong đó, thân rễ nghệ ( thường được gọi là củ) có nhiều loại hoạt chất khác nhau, chủ yếu có tinh dầu, dầu, các hợp chất màu vàng ( curcuminoid), peptit tan trong nước.đặc biệt curcuminoid là hoạt chất chủ yếu và được xem là thành phần mang lại hoạt tính của củ nghệ.
Tuy nhiên, curcuminoid có độ hòa tan và độ phân tán trong môi trường nước thấp do đó làm giảm khả năng hấp thu vào cơ thể, điều này đã hạn chế tính ứng dụng của curcuminoid. Nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới hiện nay để khắc phục hạn chế của hợp chất curcuminoid bằng cách ứng dụng công nghệ nano làm giảm kích thước vật liệu nhằm cải thiện độ phân tán và độ bền của curcuminoid. Theo đó, đề tài luận văn của em tiếp tục nghiên cứu hợp chất curcuminoid có trong giống nghệ vàng miền Tây, bước đầu thử nghiệm tạo hệ phân tán huyền phù curcuminoid từ dịch chiết nhằm tăng khả năng ứng dụng của hợp chất khi có kích thước nanomet bằng hai phương pháp sục hơi nước và pha loãng. Trang 1 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 GIỚI THIỆU CÂY NGHỆ VÀNG 2.1 Nguồn gốc và phân bố Nghệ có nguồn gốc nguyên thủy từ Ấn Độ.
Ngày nay, nghệ được trồng ở các nước vùng nhiệt đới thuộc Châu Mỹ Latinh, Châu Phi, Châu Á, Châu Úc và Châu Âu. Ở Việt Nam nghệ được trồng ở khắp các địa phương, từ vùng đồng bằng ven biển cho đến các vùng núi cao. Càng về phía Nam cây nghệ càng thích nghi với khí hậu nhiệt đới nóng ẩm [1]. Là cây thân thảo, sống lâu năm, thân rễ to hình trụ hay cầu dài từ 2 đến 5 centimet, đường kính 1 đến 3 centimet.
Thân rễ chắc nặng, có ngấn phân nhánh thành nhiều củ hình trụ hay hơi dẹt. Khi bẻ hoặc cắt ngang sẽ thấy có hai vùng rõ rệt: vỏ ngoài màu vàng nhạt hơn và trụ màu vàng sẫm hơn chiếm 2/3 bán kính, mùi thơm hắc, vị cay. Lá to có nhiều bẹ mọc so le, hoa màu vàng thành bông hình trụ. Có nhiều giống nghệ khác nhau như nghệ vàng ( Curcuma Longa L), nghệ trắng (Curcuma aromatica salish), nghệ tím ( Curcuma zedoaria (Berg.) Rosc), nghệ xanh (Curcuma aeruginosa), nghệ đen ( Curcuma zedoaria Bluete).
1 Cây nghệ Curcuma Longa L [2] 2.2 Thành phần hóa học của thân rễ nghệ Trong thân rễ nghệ đã phân tích được các hợp chất như sau: -Chất màu curcuminoid chiếm 3-5% tinh thể màu vàng cam, không tan trong nước, tan trong rượu, ete, cloroform dung dịch có huỳnh quang màu xanh lục. -Củ nghệ có 8-10% nước, 6-8% chất vô cơ, 40-50% tinh bột nhựa. -Ngoài ra, còn tinh bột, canxi oxalat, chất béo. -Tinh dầu 1-5% có màu vàng nhạt thơm, gồm các thành phần sau: Trang 3 Bảng 2.
1 Thành phần tinh dầu [1] Thành phần Tên hợp chất (g/100g) Beta-Cis-Ocimene 0.15 p-Menth-1-en-4-ol 0.11 4(10)-Thujen-3-ol-acetate 0.65 Hydrocinnamic acid, Beta,Beta-dimethyl-,methyl ester 0.3 Dược tính của nghệ vàng Không chỉ là một thành phần quan trọng để tạo màu vàng hấp dẫn cho các món ăn, curcuminoid còn được biết đến với nhiều công dụng khác: -Tác dụng kháng viêm vượt trội: tiêu diệt gốc tự do xấu, giảm các cơn đau bằng cách ức chế hình thành prostaglandin, điều trị viêm kết mạc, viêm khớp, các tổn thương gan, đau dạ dày, tá tràng. -Phát huy hoạt tính chống ung thư: curcuminoid có tác dụng chống đột biến, tẩy trừ gốc tự do, đối kháng với ung thư dạ dày và ung thư da.2 GIỚI THIỆU CURCUMINOID Thành phần chính tạo nên hoạt tính cho củ nghệ vàng chiếm 1-5% , gồm có 3 đồng phân là curcumin, demethoxycurcumin, bisdemethoxycurcumin với tên gọi chung là curcuminoid có hoạt tính sinh học cao, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là y học. Trong đó curcumin chiếm khoảng 77%, demethoxycurcumin chiếm khoảng 18% còn bisdemethoxy chiếm khoảng 5%, tùy thuộc vào loại nguyên liệu nghệ và điều kiện chiết tách. Curcuminoid có những hoạt tính sinh học chủ yếu như kháng oxy hóa, kháng viêm, chống đông máu, kháng virus, chống bịnh tiểu đường, chống nhiều loại ung thư… 2.1 Tính chất vật lý Curcuminoid là tinh thể màu vàng cam, không tan trong nước ở pH acid và pH trung hòa, tan được trong kiềm, ete, cloroform, acid acetic, trong dung dịch có tính cồn.
Hợp chất curcuminoid bền ở nhiệt độ cao và trong môi trường acid nhưng không bền với ánh sáng và môi trường kiềm. Curcuminoid có màu vàng, môi trường acid có màu vàng ánh lục ( vàng chanh), có màu từ cam đến tím trong môi trường kiềm. 2 Sự thay đổi màu của curcuminoid [2] Bảng 2.2 Sự thay đổi màu của dung dịch curcumin theo pH pH Màu của dung dịch curcumin Dạng ion tồn tại pH <1 Đỏ H4A+ pH = 1 – 7 Huyền phù màu vàng H3A pH >7. 3 Các dạng phân ly của curcuminoid 2.2 Cấu trúc hóa học Curcumin (curcumin I) Trang 6 Tên IUPAC:1,7 – Bis - (4-hydroxy-3-methoxyphenyl) - hepta-1,6-diene-3,5- dione hay diferuloylmethane.
Công thức phân tử: C21H20O6. Khối lượng phân tử: 368g/mol Điểm nóng chảy: 183oC O O HO O OCH3 OCH3 Hình 2. 4 Curcumin (Curcumin I) [8] Demethoxycurcumin (curcumin II) Tên IUPAC: 1 - ( 4 – Hydroxyphenyl ) – 7 - ( 4 – hydroxy - 3 – methoxyphenyl ) – hepta - 1,6 – diene - 3,5 - dione hay p-hydroxycinamoyl diferuloylmethane. Công thức phân tử: C20H18O5.
Khối lượng phân tử: 338g/mol Điểm nóng chảy: 172o O O HO OH OCH3 Hình 2. 5 Demethoxycurcumin (curcumin II) [8] Bisdemethoxycurcumin (curcumin III) Tên IUPAC: 1,7-Bis-(4-hydroxyphenyl)-hepta-1,6-diene-3,5-dione hay p- hydroxycinamoyl diferuloylmethane. Công thức phân tử: C19H216O8. Khối lượng phân tử: 308g/mol.
Điểm nóng chảy: 222oC Trang 7 O O OH OH Hình 2. 6 Bisdemethoxycurcumin (curcumin III) [8] Curcuminoid có thể tồn tại ở ít nhất hai dạng tautome là keto và enol do quá trình tautomer hóa, cấu trúc enol bền vững hơn do có liên kết hydro và ở pha lỏng, dạng keto thường ở pha rắn. Cân bằng giữa hai pha này phụ thuộc vào loại dung môi, nhiệt độ môi trường. Trong dung môi không phân cực cân bằng có xu hướng dịch chuyển sang dạng enol.
O OH O O HO OH HO OH OCH3 OCH3 OCH3 OCH3 a) b) Hình 2. 7 Curcuminoid a)dạng keto và b)dạng enol Hình 2. 8 Quá trình tautomer hóa của dẫn xuất curcuminoid Curcumin có giá trị hoạt tính sinh học cao là do trong công thức cấu tạo của curcumin có các nhóm hoạt tính sau: Nhóm parahydroxyl: hoạt tính chống oxi hoá. Nhóm keto: kháng viêm, kháng ung thư, chống đột biến tế bào.
Nhóm liên kết đôi: kháng viêm, kháng ung thư, chống đột biến tế bào Trang 8 Hình 2. 9 Các nhóm chức có hoạt tính sinh học cao 2.3 Tính chất hóa học 2.1 Phản ứng cộng hydro Do trong cấu trúc có chứa các nối đôi nên curcumin có thể cộng 1, 2, hay 3 phân tử hydro tạo thành dihydrocurcumin, tetrahydrocurcumin và hexahydrocurcumin tương ứng. + H2 , xúc tác HO OH HO OH H3CO OCH3 xúc tác H3CO OCH3 O O O O H H dihydrocurcumin Ni (PtO2) HO OH H3CO OCH3 O O H tetrahydrocurcumin HO OH H3CO OCH3 O OH hexahydrocurcumin Hình 2. 10 Sơ đồ phản ứng cộng hydro của curcumin [3] 2.2 Phản ứng gốc tự do Curcumin có tính acid và khả năng tác dụng với các gốc tự do bởi vì trong cấu trúc có chứa cặp electron chưa liên kết của oxi nhóm hydroxy liên hợp mạnh Trang 9 với vòng benzen làm cho nguyên tử hydro của nhóm này trở nên linh động hơn và dễ dàng tách ra kết hợp với các gốc tự do theo hai hướng: Hình 2.
11 Hai hướng phản ứng của curcumin với gốc tự do [3] 2.3 Phản ứng phân hủy Phản ứng phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng Khi có mặt oxy và ánh sáng, curcumin bị phân hủy tạo thành 4- vinylguaialcol và vanillin CHO CH CH2 HO OH hv,O2 H3CO OCH3 + O O OCH3 OCH3 H OH OH CH3 CO CH3 + CO2 Hình 2. 12 Phản ứng phân hủy dưới tác dụng ánh sáng của curcumin [3] Phân hủy trong môi trường kiềm Sự hiện diện của nhóm cacbonyl gắn vào nguyên tử carbon mang nối đôi làm cho liên kết C=C được hoạt hóa, tạo điều kiện cho phản ứng phân hủy curcumin trong môi trường kiềm xảy ra dễ dàng dưới tác dụng của nhiệt độ. Trang 10 CH CH COOH CH CH CO CH3 HO OH -OH, T0 H3CO OCH3 + OCH3 OCH3 O O H acid Ferulic feruroyl metan Hình 2. 13 Phản ứng phân hủy của curcumin trong môi trường kiềm [3] 2.4 Phản ứng với phức kim loại Curcuminoid với cấu trúc – diketone trong môi trường acid hay trung tính nằm dưới dạng hỗ biến keto – enol đối xứng và ổn định, làm cho curcuminoid có khả năng tạo phức với nhiều ion kim loại khác nhau: Mn2+, Fe2+, Cu2+.
14 Cấu trúc phức 2:1 của curcuminoid – kim loại (M: Kim loại) [3] 2.4 Dược tính của curcumin Hình 2. 15 Dược tính của curcumin [4] Trang 11 2.1 Hoạt tính kháng oxi hóa Cấu trúc curcuminoid có chứa nhóm β-diketone, liên kết C=C, và vòng phenyl có nhóm hydroxyl và methoxyl khác nhau đã tạo nên hoạt tính kháng oxi hóa mạnh của hợp chất giúp cản trở sự peroxide hóa các lipid trong cơ thể theo cơ chế: Giai đoạn khơi mào: Dưới tác dụng của các gốc tự do, nguyên tử hydro bị tách ra khỏi các acid béo chưa bão hoà (lipid) -SH + R• -S• + RH -S• + O2 -SOO• Phản ứng dây chuyền: Gốc tự do peroxyl vừa hình thành tấn công các acid béo kế cận. -SOO• + -SH -SOOH + -S• Quá trình tiếp diễn dẫn đến sự tích luỹ các peroxide béo trong màng tế bào, làm màng tế bào không ổn định và cho phép sự xâm nhập của các ion có hại.