Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Khảo sát nguồn nguyên liệu, nghiên cứu nâng cao hiệu suất tách chiết và chất lượng rutin từ nụ hoa hoè Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:200

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của Luận án nhằm khắc phục tình trạng chưa có phương thức khai thác hiệu quả cũng như góp phần sản xuất ra rutin phục vụ cho nhu cầu làm thuốc chữa bệnh trong nước và xuất khẩu. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Khảo sát nguồn nguyên liệu, nghiên cứu nâng cao hiệu suất tách chiết và chất lượng rutin từ nụ hoa hoè Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---------------------- NGUYỄN THỊ THU HUYỀN KHẢO SÁT NGUỒN NGUYÊN LIỆU, NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU SUẤT TÁCH CHIẾT VÀ CHẤT LƯỢNG RUTIN TỪ NỤ HOA HOÈ VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI 2010 1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---------------------- NGUYỄN THỊ THU HUYỀN KHẢO SÁT NGUỒN NGUYÊN LIỆU, NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU SUẤT TÁCH CHIẾT VÀ CHẤT LƯỢNG RUTIN TỪ NỤ HOA HOÈ VIỆT NAM Chuyên ngành: Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa học Mã số: 62.52.77.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS.TS PHẠM VĂN THIÊM 2. GS.TSKH PHAN ĐÌNH CHÂU HÀ NỘI 2010 2
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày 09 tháng 12 năm 2010 Người cam đoan Nguyễn Thị Thu Huyền 3
Lời cảm ơn Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè, những người đã luôn quan tâm, động viên và giúp tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập và nghiên cứu vừa qua. Tôi xin bày tỏ lời chân thành cảm ơn tới GS.TS Phạm Văn Thiêm và GS.TSKH Phan Đình Châu, những người Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô Bộ môn Quá trình Thiết bị & Công nghệ hoá học; Bộ môn Hóa dược & Bảo vệ Thực vật; Viện Đào tạo sau Đại học của Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội đã luôn quan tâm, giúp đỡ cũng như đóng góp ý kiến giúp tôi hoàn thành luận án. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp tại Trung tâm Giáo dục và Phát triển Sắc ký; Trung tâm Công nghệ Vật liệu và Môi trường - Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội đã hết lòng quan tâm, tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ được giao. Cảm ơn sự phối hợp và giúp đỡ của PTN Vilas 335, PTN Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Môi trường - Viện khoa học và Công nghệ Môi trường (ĐH Bách Khoa Hà Nội), PTN Hóa vật liệu (ĐH Khoa học tự nhiên), Phòng nghiên cứu cấu trúc (Viện hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã giúp tôi đo một số phổ và đánh giá kết quả nghiên cứu của luận án. Cuối cùng xin cảm ơn tất cả các em sinh viên đã cùng tôi làm việc trong thời gian qua. Sự quan tâm của các em là nguồn động lực lớn lao giúp tôi vượt qua mọi khó khăn và luôn hướng về phía trước. Hà Nội, ngày 09 tháng 12 năm 2010 NGƯỜI CẢM ƠN Nguyễn Thị Thu Huyền 4
KÝ HIỆU MỘT SỐ CHỮ VIẾT TẮT UV-VIS Quang phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến 1 H-NMR Cộng hưởng từ proton 13 C-NMR Cộng hưởng từ hạt nhân 13C HPLC Sắc ký lỏng cao áp pre- HPLC Sắc ký lỏng điều chế GC-MS Sắc ký khí - khối phổ SK Sắc ký SKC Sắc ký cột KLK Khối lượng khô KLT Khối lượng tươi DM Dung môi CK Chân không SPME Vi chiết pha rắn PTN Phòng thí nghiệm MKL Mất khối lượng PP Phương pháp TL Trọng lượng KT Kết tinh TCDĐ Tiêu chuẩn dược điển TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam HIV Virut suy giảm miễn dịch ở người, gây bệnh AIDS ADP Ađenôzin điphosphat ddA, ddA1, ddA2, Các dung dịch A, B, G (chỉ số 1,2 chỉ cấp độ pha ddB1, ddG, ddG1 loãng) Speak Diện tích peak rutin thu được từ phân tích HPLC SSmax Sai số lớn nhất THF Tetra hydrofuran 5
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC q1, q0 Lượng rutin phân hủy, lượng rutin thô trích ly được, kg qlt, qtn Lượng rutin trích ly được tính theo lý thuyết, thực nghiệm, kg F Bề mặt tiếp xúc pha, m2 R, NA Hằng số khí (0,0821 atm/mol.độ), số Avogadro (6,023.1023) η Độ nhớt của dung môi r Bán kính tiêu chuẩn khuếch tán β Hệ số cấp khối từ pha rắn vào pha lỏng 2l Bề dày tiểu phân vật liệu Dn, D Hệ số khuếch tán nội, khuếch tán phân tử, m2/h δ Chiều dày lớp biên khuếch tán n Số phương sai m Số lần lặp yu Giá trị đo được tại lần lặp thứ u s2i Phương sai chung s2ts Phương sai tái sinh chung fi Số bậc tự do của mẫu fts Số bậc do của phương sai chung sts Sai số thí nghiệm (sai số tái sinh) yi Giá trị thực nghiệm ∧ yi Giá trị tính từ hàm hồi quy lý thuyết t(p,f2) Tiêu chuẩn Student tra bảng ở mức có nghĩa p và bậc tự do lặp f2 Sb Độ lệch chuẩn của phân bố b m Số thực nghiệm lặp tại tâm 0 y a Giá trị của thực nghiệm lặp thứ a y0 Giá trị trung bình cộng của các thực nghiệm lặp F ( p, f1 , f2 ) Chuẩn số fisher (mức có nghĩa p, bậc tự do dư f1 = N-l, bậc tự do 6
lặp f2 = m-1) l Số hệ số có nghĩa trong mô tả thống kê T Thời gian cần trích ly được 63,212% lượng rutin tối đa Ktl Hằng số tốc độ quá trình trích ly, kg/m2phút Kph Hằng số tốc độ quá trình phân hủy, kg/m2phút K Lượng rutin tối đa trích ly được, kg Kv Tỷ lệ dung môi/pha rắn, kg/kg hoặc ml/g K1 Hàm lượng rutin ban đầu trong nụ hòe, % K2 Diện tích bề mặt riêng pha trắn, m2.kg-1 Kcb Hằng số cân bằng, kg hạt hòe xay (hoặc nghiền)/kg dung môi m Khối lượng hạt hòe xay (hoặc nghiền), kg Q Tổng lượng rutin chứa trong hạt hòe xay (hoặc nghiền), kg τ, t Thời gian trích ly (phút), thời gian bảo quản (năm) X1 Thành phần tạp chất trong nụ nguyên liệu, % X2 Thành phần nụ hòe không đạt quy cách, % A Thành phần ẩm trong hòe xay (nghiền), % σi Phân bố theo kích thước của tập hợp hạt, % ρh Khối lượng riêng của hạt hòe xay (hoặc nghiền), kg/m3 Cpha, Ctính Nồng độ rutin pha và nồng độ tính được qua phân tích HPLC d Đường kính hạt hòe xay (hoặc nghiền), cm p Khối lượng quercetin thu được (g) M1 Khối lượng mẫu cực đại k1,k2 Hằng số r1 Bán kính cột L Chiều dài cột K1 Hệ số phân bố ρ0 Khối lượng riêng chất nhồi As Diện tích bề mặt chất hấp thụ dP Đường kính hạt nhồi 7
Speak Diện tích peak mcắn Khối lượng cắn chiết khô, g mQ Khối lượng quercetin tạo thành, g m0kh Khối lượng bột nụ khô tuyệt đối, g mtcrut. Khối lượng rutin thu được sau tinh chế, g mdm Khối lượng dung môi, kg Vdm Thể tích dung môi, ml A362,5 Độ hấp thụ của rutin tại bước sóng 362nm Speak Diện tích peak thu được qua phân tích HPLC ^ Y Hàm mục tiêu (hiệu suất trích ly rutin) z1 Biến thực của thời gian trích ly rutin (phút) z2 Biến thực, biến mã của tỷ lệ lỏng/rắn (ml/g) z3 Biến thực, biến mã của vận tốc khuấy (vòng/phút) Z1, Z2 Độ trở kháng âm môi trường 1,2 x1 Biến mã của thời gian trích ly rutin x2 Biến mã của tỷ lệ lỏng/rắn x3 Biến mã của vận tốc khuấy Htn (Hlt) Hiệu suất trích ly rutin từ thực nghiệm (tính theo lý thuyết), % Htd Hiệu suất trích ly rutin tối đa HTC Hiệu suất tinh chế rutin, % HLth (HLt) Hàm lượng rutin thô (tinh), % Vr Thể tích thiết bị phản ứng, m3 N Năng suất thiết bị trong 24h, m3 ∆t Độ chênh lệch thời gian, năm ∆HTC Độ chênh lệch hiệu suất tinh chế R Hệ số phản xạ của sóng siêu âm 8
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Tiêu chuẩn dược điển rutin của Đức, Mỹ, Liên Xô, Việt Nam................ 45 Bảng 3.1: Thành phần tạp và độ ẩm trong các mẫu hòe ........................................... 60 Bảng 3.2: Phân bố dạng nụ trong mỗi mẫu nghiên cứu ............................................ 60 Bảng 3.3: Phân bố kích thước trong mỗi tập hợp hạt hoè xay1,2 (nghiền) ................ 61 Bảng 3.4: Khối lượng riêng của hạt hòe xay1,2 (nghiền) ướt .................................... 62 Bảng 3.5: Các cấu tử định tính được trong phần chiết clorofoc ............................... 64 Bảng 3.6: Các cấu tử định tính được trong phần chiết n-hexan ............................... 64 Bảng 3.7: Các cấu tử định tính được trong phần chiết metanol ............................... 65 Bảng 3.8: Các nhóm chất đã phát hiện trong nụ hòe khô ......................................... 66 Bảng 3.9: Thành phần tinh dầu nụ và hoa hòe.......................................................... 68 Bảng 3.10: Thành phần rutin trong nụ hòe một số vùng (PP TL) ............................ 72 Bảng 3.11: Độ hấp thụ của dung dịch rutin chuẩn.................................................... 74 Bảng 3.12: Thành phần rutin trong nụ hòe một số vùng (PP UV-VIS).................... 76 Bảng 3.13: Thành phần rutin trong nụ hòe một số vùng (PP HPLC) ....................... 77 Bảng 3.14: Tổng kết thành phần rutin trong nụ hoè theo ba phương pháp............... 79 Bảng 3.15: Phương sai theo kết quả phân tích trọng lượng* .................................... 81 Bảng 3.16: Phương sai theo kết quả phân tích UV-VIS* .......................................... 82 Bảng 3.17: Phương sai theo kết quả phân tích HPLC* ............................................. 83 Bảng 3.18: Thành phần rutin trong các dạng nụ hoè ................................................ 84 Bảng 3.19: Độ giảm rutin trong nụ hòe theo thời gian bảo quản ............................. 85 Bảng 3.20: Điều kiện khảo sát quá trình trích ly rutin bằng nước ............................ 87 Bảng 3.21: Kết quả ảnh hưởng của Kv, τ và T0 đến quá trình trích ly ...................... 87 Bảng 3.22: Kết quả trích ly rutin bằng nước và dung dịch kiềm (NaOH, pH = 8) ... 90 Bảng 3.23: Kết quả trích ly rutin dưới tác động của sóng vi ba và siêu âm ............. 91 Bảng 3.24: Khảo sát ảnh hưởng của CNaOH, τngâm, pH đến quá trình trích ly ............ 93 Bảng 3.25: Kết quả trích ly rutin bằng NaOH tại điều kiện tối ưu ........................... 97 Bảng 3.26: Ảnh hưởng của nồng độ borax đến quá trình trích ly rutin .................... 97 Bảng 3.27: Kết quả xác định pH cho dung môi và pha trích .................................... 99 9
Bảng 3.28: Ảnh hưởng pH đến lượng rutin kết tủa ................................................ 101 Bảng 3.29: Ảnh hưởng thời gian trích ly đến lượng rutin ...................................... 101 Bảng 3.30. Kết quả phân tích kim loại xác định Na, B, Ca trong rutin .................. 103 Bảng 3.31: Kết quả trích ly rutin trong cồn (có/không siêu âm) ............................ 104 Bảng 3.32: Kết quả trích ly trong các dung môi dùng siêu âm .............................. 106 Bảng 3.33: Kết quả tổng kết các quá trình trích ly rutin (Kv = 20) ........................ 108 Bảng 3.34: Kế hoạch thực nghiệm bậc một hai mức tối ưu ................................... 109 Bảng 3.35: Kết quả quy hoạch thực nghiệm trích ly rutin có khuấy trộn............... 110 Bảng 3.36: Kết quả trích ly rutin sử dụng siêu âm và khuấy trộn .......................... 112 Bảng 3.37: Ảnh hưởng của độ mịn nguyên liệu đến quá trình trích ly rutin .......... 113 Bảng 3.38. Kết quả tính toán Kv (với mHòe = 0,01kg) ............................................. 114 Bảng 3.39: Kết quả trích ly rutin khi Kv thay đổi ................................................... 114 Bảng 3.40: Hiệu suất trích ly và hàm lượng rutin ở tần số 25kHz và 30kHz ......... 115 Bảng 3.41: Kết quả quá trình trích ly rutin ở Kv=15,836kg/kg .............................. 117 Bảng 3.42: Kết quả kiểm chứng mô hình ở Kv = 11,877kg/kg ............................... 118 Bảng 3.43: Diện tích bề mặt riêng của tập hợp hạt theo phân bố (i=1÷6) .............. 119 Bảng 3.44: Ảnh hưởng của Kv đến quá trình trích ly rutin ở 30kHz ...................... 120 Bảng 3.45: Lượng rutin trích ly theo thực nghiệm và mô hình .............................. 122 Bảng 3.46: KX và TX của mô hình trích ly hạt xay2 ở 35Hz, 30kHz, 25kHz.......... 122 Bảng 3.47: Các thông số và mô hình trích ly siêu âm hạt hòe xay2 ....................... 123 Bảng 3.48: Các thông số và mô hình trích ly hạt nghiền, xay1,2 ở 25kHz .............. 125 Bảng 3.49: Các thông số mô hình trích ly rutin khuấy trộn và trong lò vi sóng .... 128 Bảng 3.50: Kế hoạch nghiên cứu tinh chế rutin theo mục tiêu ............................... 130 Bảng 3.51: Kết quả tinh chế rutin trong các dung môi ........................................... 130 Bảng 3.52: Kết quả tinh chế rutin trong hệ các dung môi ...................................... 131 Bảng 3.53: Kết quả phân tích các dung môi sau rửa giải trên cột .......................... 133 Bảng 3.54: Kết quả tinh chế rutin trên sắc ký cột ................................................... 133 Bảng 3.55: Kết quả cắt phân đoạn theo peak rutin ................................................ 137 Bảng 3.56: Hàm lượng rutin ở các phân đoạn sau cắt peak.................................... 137 10
Bảng 3.57: Kết quả điều chế rutin phân đoạn thứ 3 ............................................... 138 Bảng 3.58: Một số thông số của rutin sản phẩm trước và sau tinh chế .................. 139 Bảng 3.59: Kết quả giải phổ 1H-NRM ( MeOD, 500MHz) của rutin .................... 140 Bảng 3.60: Kết quả giải phổ 13C-NRM, 2D-HMQC, 2D-HMBC của rutin ........... 141 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Cây Sophora japonica L. .......................................................................... 18 Hình 1.2: Phân bố nồng độ trong các pha của quá trình chuyển khối rắn- lỏng....... 30 Hình 1.3: Sự thay đổi nồng độ rutin gần bề mặt hạt ................................................. 31 Hình 1.4: Xác định tốc độ quá trình trích ly rắn - lỏng............................................. 31 Hình 1.5: Sự thay đổi tốc độ kết tinh (m) theo thời gian (t) ..................................... 34 Hình 1.6: Độ hoà tan tương đối của rutin trong nước............................................... 38 Hình 1.7: Độ hoà tan tương đối của rutin trong dung dịch etanol ............................ 38 Hình 3.1: Phổ UV-VIS cắn Soxhlet (ở trên) và phổ rutin chuẩn (0,075mg/ml)....... 73 Hình 3.2: Phổ 3D của dung dịch rutin chuẩn (HPLC) .............................................. 73 Hình 3.3: Đường chuẩn rutin trên máy UV-VIS ...................................................... 74 Hình 3.4: Đường chuẩn và số liệu đường chuẩn rutin phân tích trên HPLC............ 75 Hình 3.5: Quan hệ giữa Kv và lượng rutin thu được ................................................. 88 Hình 3.6: Quan hệ giữa thời gian trích ly và lượng rutin ......................................... 88 Hình 3.7: Quan hệ giữa nhiệt độ trích ly và lượng rutin.......................................... 89 Hình 3.8: Hiệu suất trích ly rutin bằng nước và kiềm (NaOH, pH = 8) ở 1260C ... 90 Hình 3.9: Ảnh hưởng của sóng siêu âm và sóng vi ba đến qtn.................................. 92 Hình 3.10: Ảnh hưởng của τ ngâm trích đến lượng rutin trích ly............................ 94 Hình 3.11: Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến lượng rutin trích ly ........................ 94 Hình 3.12: Ảnh hưởng của pH đến lượng rutin trích ly............................................ 95 Hình 3.13: Ảnh hưởng của pH (1÷6) đến hàm lượng rutin thô ................................ 95 Hình 3.14: Ảnh hưởng nồng độ borax đến lượng rutin trích ly ................................ 98 Hình 3.15: Ảnh hưởng thời gian trích đến lượng rutin trích ly ............................. 102 Hình 3.16: Kết quả trích ly rutin bằng cồn (không/ có siêu âm) ............................ 105 11
Hình 3.17: Thời gian và lượng rutin trích ly (không/có siêu âm) ........................... 105 Hình 3.18: Trích ly siêu âm rutin trong một số dung môi ..................................... 106 Hình 3.19: Ảnh hưởng của siêu âm và khuấy trộn đến quá trình trích ly............... 113 Hình 3.20: Đồ thị qtn và qlt ở Kv = 15,836kg/kg, 30kHz (SSmax = 8,3%) ............... 117 Hình 3.21: Kiểm chứng mô hình ở Kv = 11,877 kg/kg, 30kHz ( SSmax = 4,4%).... 118 Hình 3.22: Ảnh hưởng của Kv đến quá trình trích ly siêu âm ở 30kHz .................. 120 Hình 3.23: Đồ thị của qtn và qlt theo thời gian ở các Kv (30kHz) ........................... 120 Hình 3.24: Đồ thị q = f(ln(t)) ở Kv=15,836 (kg/kg) tại 35kHz, 25kHz, 30kHz...... 121 Hình 3.25: Đồ thị so sánh qtn và qlt ở Kv = 15,836kg/kg, 35kHz (SSmax = 4,5%) .. 124 Hình 3.26: Đồ thị so sánh qtn và qlt ở Kv = 15,836kg/kg, 25kHz (SSmax = 6,7%) .. 124 Hình 3.27: Sắc ký đồ rutin trước (a) và sau (b) đánh dấu cắt phân đoạn .............. 136 Hình 3.28: Sắc ký đồ của rutin sau tinh chế trên pre-HPLC lần thứ 1 ................... 138 Hình 3.29: Sắc ký đồ của rutin sau tinh chế trên pre-HPLC lần thứ 2 ................... 138 Hình 3.30: Công thức cấu tạo của rutin sản phẩm theo kết quả giải phổ ............... 142 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 3.1: Quy trình nghiên cứu chung .................................................................... 57 Sơ đồ 3.2: Sơ đồ công nghệ trích ly rutin bằng nước vôi - borax ........................... 102 Sơ đồ 3.3: Sơ đồ khối tính toán tối ưu quá trình trích ly rutin ................................ 109 Sơ đồ 3.4: Sơ đồ công nghệ tinh chế rutin .............................................................. 131 DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC Phụ lục A: Phổ và kết quả định lượng rutin trong nụ hoè....................................... 155 Phụ lục B: Phổ GC-MS phân tích thành phần nụ hòe ............................................ 163 Phụ lục C: Phổ và đồ thị phần trích ly rutin ........................................................... 165 Phụ lục D: Phần mềm quy hoạch thực nghiệm ...................................................... 168 Phụ lục E: Phần tinh chế rutin ................................................................................ 178 Phụ lục F: Phổ phân tích cấu trúc và kim loại của rutin ......................................... 183 Phụ lục G: Thiết bị sử dụng, nguyên liệu và sản phẩm .......................................... 199 12
MỤC LỤC KÝ HIỆU MỘT SỐ CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ 1 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC ............................................................... 6 DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................... 9 DANH MỤC CÁC HÌNH .........................................................................................11 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ .......................................................................................12 DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC ..................................................................................12 MỤC LỤC .................................................................................................................13 MỞ ĐẦU ...................................................................................................................17 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................18 1.1. Nụ hòe, rutin trong khoa học và đời sống ..........................................................18 1.1.1. Cây hòe ở Việt Nam và trên thế giới ..............................................................18 1.1.1.1. Thành phần và ứng dụng của cây hòe trong đời sống con người ........20 1.1.1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng nụ hòe ............................................21 1.1.2. Rutin và các nghiên cứu đánh giá ...................................................................24 1.1.2.1. Giới thiệu chung về rutin .....................................................................24 1.1.2.2. Tầm quan trọng của rutin trong nền y dược cổ truyền và hiện đại .....26 1.1.2.3. Nguồn nguyên liệu sản xuất rutin........................................................28 1.2. Trích ly, tinh chế và thực trạng sản xuất rutin ...................................................30 1.2.1. Cơ chế quá trình trích ly và tinh chế rutin ......................................................30 1.2.1.1. Trích ly rutin khỏi nguyên liệu ............................................................30 1.2.1.2. Tách rutin khỏi pha trích .....................................................................34 1.2.1.3. Tinh chế rutin ......................................................................................34 1.2.2. Tổng kết các quá trình trích ly, tinh chế rutin cơ bản .....................................35 1.2.2.1. Sơ lược kết quả của các nghiên cứu ....................................................35 1.2.2.2. Các phương pháp trích ly rutin ............................................................37 1.2.3. Tình hình nghiên cứu sản xuất và tiêu thụ rutin ở Việt Nam..........................39 1.2.3.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất rutin ...............................................39 1.2.3.2. Tình hình tinh chế và tiêu thụ rutin .....................................................41 13
1.2.3.3. Nhận định chung về thực trạng sản xuất rutin ở Việt Nam .................43 1.3. Yêu cầu chất lượng và phương pháp đánh giá rutin ..........................................43 1.3.1. Tiêu chuẩn dược điển quy định cho rutin .......................................................43 1.3.2. Các phương pháp định tính, định lượng rutin .................................................46 1.3.2.1. Đinh tính rutin .....................................................................................46 1.3.2.2. Định lượng rutin ..................................................................................46 CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................................................................................49 2.1. Nguyên vật liệu, dụng cụ ...................................................................................49 2.1.1. Vật liệu, dung môi, hóa chất chính sử dụng....................................................49 2.1.2. Thiết bị và dụng cụ chính ................................................................................49 2.1.3. Thu thập nguyên liệu nghiên cứu ....................................................................50 2.2. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................51 2.2.1. Đánh giá nụ hòe nguyên liệu...........................................................................51 2.2.2. Nghiên cứu quá trình trích ly rutin..................................................................52 2.2.3. Nghiên quá trình tinh chế rutin chất lượng cao...............................................56 2.2.4. Đánh giá chất lượng rutin sản phẩm ...............................................................56 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................57 3.1. Đánh giá trữ lượng và chất lượng nụ hòe Việt Nam ..........................................58 3.1.1. Điều tra cơ bản về trữ lượng nụ hòe ...............................................................58 3.1.2. Đánh giá một số thông số chính của hệ mẫu nghiên cứu...............................59 3.1.2.1. Xác định tạp chất, độ ẩm và nụ không đạt quy cách ..........................59 3.1.2.2. Xác định phân bố của tập hợp hạt hoè sau xay, nghiền ......................60 3.1.2.3. Xác định khối lượng riêng của hạt hòe xay1,2 (nghiền) ướt ................61 3.1.3. Nghiên cứu thành phần hóa học nụ hòe Việt Nam .........................................62 3.1.3.1. Định tính một số nhóm chất trong nụ hoè khô ....................................62 3.1.3.2. Xác định thành phần tinh dầu nụ và hoa hoè ......................................67 3.1.4. Đánh giá thành phần rutin trong nụ hòe Việt Nam .........................................71 3.1.4.1. Định lượng rutin trong nụ hòe ở các vùng trồng chính .......................71 14
3.1.4.2. Đánh giá các phương pháp phân tích hàm lượng rutin .......................81 3.1.4.3. Định lượng rutin trong một số dạng nụ ...............................................84 3.1.4.4. Định lượng rutin trong nụ hòe theo thời gian bảo quản ......................85 3.2. Nghiên cứu công nghệ trích ly rutin chất lượng cao ..........................................85 3.2.1. Nghiên cứu khảo sát các dung môi trích ly rutin ............................................86 3.2.1.1. Trích ly rutin bằng dung môi nước......................................................86 3.2.1.2. Trích ly rutin bằng dung dịch NaOH ở nhiệt độ thường .....................92 3.2.1.3. Trích ly rutin dùng nước vôi trong kết hợp với Borax ........................97 3.2.1.4. Nghiên cứu quá trình trích ly rutin trong dung môi etanol ...............104 3.2.1.5. So sánh quá trình trích ly rutin siêu âm trong các dung môi .............105 3.2.2. Lựa chọn dung môi và công nghệ trích ly ....................................................107 3.2.3. Nghiên cứu công nghệ trích ly rutin có trợ giúp khuấy trộn.........................108 3.2.3.1. Tối ưu hóa quá trình trích ly rutin .....................................................108 3.2.3.2. Áp dụng tìm điều kiện tối ưu quá trình trích ly rutin có khuấy trộn .110 3.2.4. Nghiên cứu công nghệ trích ly rutin có trợ giúp siêu âm..............................111 3.2.4.1. So sánh quá trình trích ly rutin siêu âm và khuấy trộn ......................112 3.2.4.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến trích ly siêu âm .........................113 3.2.5. Xây dựng mô hình động học và xác định các thông số của mô hình cho quá trình trích ly rutin ................................................................................................116 3.2.5.1. Mô hình động học của quá trình trích ly siêu âm rutin .....................116 3.2.5.2. Mô hình động học quá trình trích ly rutin có trợ giúp của sóng vi ba (lò vi sóng) và khuấy trộn ...............................................................................126 3.3. Nghiên cứu công nghệ tinh chế rutin ...............................................................128 3.3.1. Nghiên cứu tinh chế rutin bằng phương pháp kết tinh lại.............................130 3.3.2. Tinh chế bằng sắc ký cột ...............................................................................132 3.3.3. Tinh chế rutin bằng sắc ký lỏng điều chế......................................................134 3.3.3.1. Tính toán thông số quá trình điều chế ...............................................134 3.3.3.2. Xác định điều kiện điều chế trên thiết bị Pre-HPLC 1100 ................135 3.3.3.3. Kết quả điều chế rutin trên hệ thống điều chế Pre-HPLC 1100 ........136 15
3.3.4. Đánh giá chất lượng rutin sau các quá trình tinh chế ....................................139 3.3.4.1. Đánh giá nguyên liệu và các sản phẩm .............................................139 3.3.4.2. Phân tích cấu trúc rutin sản phẩm .....................................................139 KẾT LUẬN .............................................................................................................143 DANH SÁCH CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .............................................144 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................146 PHỤ LỤC ................................................................................................................155 16
MỞ ĐẦU Rutin là một dược chất có giá trị được sử dụng rộng rãi trong y học. Ngoài khả năng phục hồi sự vỡ mao mạch tới 88%, rutin còn là một chất chống oxy hóa hiệu quả được sử dụng để điều trị nhiều loại bệnh như bệnh tế bào hình liềm, viêm khớp, xơ gan, u hắc tố, ... [64, 69]. Do có nhiều ứng dụng nên rutin không những được quan tâm nghiên cứu sản xuất mà còn được nghiên cứu chuyển hóa thành nhiều dược phẩm giá trị khác như polyrutin, troxerutin, quercetin, melin sulfat, phức rutin-kim loại,... Từ năm 1947 đến 1950, rutin đã được sản xuất trên quy mô công nghiệp ở nhiều quốc gia như Nhật, Mỹ, Úc,... từ các nguồn thực vật chính là nụ hòe, kiều mạch, lá bạch đàn Australia, lá chè xanh,... [9]. Sở hữu một hàm lượng rutin (34 - 44%) [7], nụ hòe Việt Nam là một trong những nguồn nguyên liệu giá trị nhất trên thế giới. Tuy nhiên do hạn chế về công nghệ và ý thức về nguồn tài nguyên còn chậm, từ năm 1962 vấn đề trích ly rutin trong nụ hòe mới được quan tâm đến nhưng kết quả đạt được còn chưa rõ ràng [2, 3, 4]. Đến năm 1995 đã có dự án sản xuất rutin và từ năm 2004 công nghệ sản xuất rutin đã được chào bán trên mạng internet [15, 41, 44]. Cho đến nay, nhiều doanh nghiệp đã công bố sản xuất và bán rutin như BV Pharma, Vimedimex, Đạt Doan, Quế Hòe, Nhật Cường (Thái Bình),... [10]. Tuy nhiên thực tế cho thấy rutin sản xuất trong nước hầu như chỉ đạt chất lượng thô (< 95%), phần lớn cả nụ hòe và rutin thô được đưa sang Trung Quốc qua các con đường tiểu ngạch với giá thành rẻ. Như vậy từ một nguồn tài nguyên sẵn có nhưng chưa có phương thức khai thác hiệu quả dẫn đến hiệu quả kinh tế rất thấp. Thực trạng đó là ở vấn đề công nghệ hay chính sách? Do những hiệu quả kinh tế mang lại nên từ năm 2006 cây hòe cũng như rutin đã được Đảng và nhà nước quan tâm thích đáng. Vì thế vấn đề mà nhiều nhà sản xuất rutin Việt Nam đang vướng mắc chính là công nghệ. Nhằm khắc phục tình trạng trên cũng như góp phần sản xuất ra rutin phục vụ cho nhu cầu làm thuốc chữa bệnh trong nước và xuất khẩu, luận án đặt vấn đề "Khảo sát nguồn nguyên liệu, nghiên cứu nâng cao hiệu suất tách chiết và chất lượng rutin từ nụ hoa hoè Việt Nam". 17
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Nụ hòe, rutin trong khoa học và đời sống 1.1.1. Cây hòe ở Việt Nam và trên thế giới Cây hòe thuộc thực vật họ đậu Fabaceae (Papilionceae). Hòe có nguồn gốc từ Trung Quốc, Triều Tiên và phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới như Đông Á, Đông Nam Á (Trung Quốc, Nhật Bản, Triều Tiên, Việt Nam); Trung Á (Capcadơ, bán đảo Crưm) và một số nước châu Âu (Anh, Hungary,…). Ở Việt Nam, chi Sophora L. có ba loài chủ yếu là: hòe lông (Sophora tomentosa L. (Silverbrush)) có hoa màu vàng xám, phân bố rộng rãi ở các vùng ven bờ biển (trên bãi cát các đảo từ Hình 1.1: Cây Sophora japonica Quảng Ninh đến tận Côn Đảo - Vũng Tàu và Phú Quốc - Kiên Giang; hòe Bắc Việt Nam (Sophora tonkinensis Gagnep.) có lá và thân mang lông mềm, tràng hoa màu vàng, thường mọc trong các núi đá vôi và trên sườn đồi phía Bắc (phân bố từ Quảng Ninh, Ninh Bình tới Quảng Nam, Đà Nẵng) [8, 9, 11, 39] và loài có giá trị kinh tế nhất là hòe (Sophora japonica L.) có nụ hoa màu trắng hay vàng xanh nhạt, thuộc loại lưỡng tính phân bố ở Bắc, Trung Bộ và Tây Nguyên (hình 1.1) [35, 51]. Hòe là thực vật rễ cọc có khả năng thích nghi mạnh, ưa đất sâu mát, thành phần cơ giới trung bình, ít chua, thoát nước; mọc tốt trên đất phù sa, đất bazan, đất bồi tụ chân đồi, đất pha cát, đất thịt (trừ đất cát ven biển miền Trung và đất chua mặn); thích hợp khí hậu nhiều vùng nhất là từ Nam Tây Nguyên tới vùng núi phía Bắc [11, 38, 49]. Ở nước ta cây hòe mọc hoang hay được trồng (trong vườn, trên bờ ruộng cao, bờ mương máng, bờ sông) để làm thuốc, làm cảnh từ lâu đời ở các tỉnh phía Bắc như Hà Nội, Hải Dương, Thái Bình, Bắc Giang, Bắc Ninh, Hưng Yên, Hải Phòng, Ninh Bình, Hà Nam, Nam Định, Lai Châu, Điện Biên, Sơn La, Phú Thọ, 18
Vĩnh Phúc [11, 35, 51]. Từ năm 1976 việc trồng hoè được triển khai vào các tỉnh miền Trung (Thanh Hoá, Nghệ An) và Tây Nguyên (Đắk lắk, Gia Lai, Kon Tum, Lâm Đồng, Đồng Nai, Đắk Nông, Bình Phước,…). Ở Tây Nguyên, trước đây cây hòe chỉ được trồng ngoài bờ lô chắn gió nhưng hiệu quả của việc trồng xen lẫn với cà phê khiến cho mô hình này đang phát triển mạnh [38, 51]. Ở Nghệ An, hòe là cây xoá đói giảm nghèo, phát triển mạnh trong 10 năm gần đây nhưng không thuộc loại cây chủ lực, chủ yếu được trồng tự phát. Ở Quỳnh Lưu, dọc theo quốc lộ 1A (từ khu công nghiệp Hoàng Mai trở vào), từ xã Mai Hùng, Quỳnh Lộc, Quỳnh Lập, Quỳnh Dị,... đến cả trại phong Quỳnh Lập đâu đâu cũng rợp bóng cây hòe [24]. Hiện nay hoè là một trong 14 loài cây lâm nghiệp được ưu tiên phát triển ở 10 tỉnh Đồng Bằng Sông Hồng, là một trong 21 cây bản địa chủ yếu được dùng làm cây che bóng trong trồng rừng theo phương thức nông lâm kết hợp. Hòe được trồng và nhân giống bằng cách gieo hạt ươm cây con (cây con rễ trần hoặc có bầu), ghép mắt, chiết cành hay tách rễ từ cây mẹ. Phương pháp ghép mắt được đánh giá tốt nhất vì hệ số nhân giống cao [49]. Hiện nay số lượng hòe được trồng trên toàn quốc tương đối lớn nhưng cây con vẫn chỉ được ươm chủ yếu ở vườn ươm Cúc Phương (500cây/năm), Thanh Hoá (50000cây/năm) với nguồn cung cấp hạt từ một số gia đình ở Phú Thọ, Hà Nội, Thanh Hoá, Ninh Bình, Nghệ An, Nam Định và một số tỉnh khác [35]. Có hai loại hoè với sản lượng nụ và hàm lượng rutin khác nhau. Hòe tẻ (hòe đực) là loại cây cao, mọc thẳng đứng, phân ít cành, nụ bé, sản lượng thấp, hoa ra ít, màu sẫm hơn, cuống dài, bông nhỏ, thưa thớt không đều, nở thành nhiều đợt. Hòe nếp (hòe cái) là loại cây phát triển nhanh, phân nhiều cành vít ngang, quả mập, cho sản lượng nụ cao, hoa to, nhiều, đều, có màu nhạt, cuống ngắn, nở rộ, tập trung vào tháng 6-7-8. Hòe nếp cho năng suất cao gấp ba lần hòe tẻ với thành phần rutin chiếm 44% KLK trong khi hòe tẻ chỉ có 40,6% KLK [7, 35, 51]. Việc tuyển chọn và nhân giống ảnh hưởng lớn đến chất lượng cây (ra ít hay nhiều nụ, nụ đều hay không đều). Theo kinh nghiệm, nên chọn giống hòe thấp cây, sinh trưởng khỏe, chùm nụ gọn, ngắn, chẽ đều và ra tập trung vào hai vụ chính: vụ xuân (ra nụ tháng 19
3, thu hái vào tháng 5), vụ thu (ra tháng 8, thu hái trong tháng 10) [11, 35]. 1.1.1.1. Thành phần và ứng dụng của cây hòe trong đời sống con người Hòe là một trong ba loài của chi Sophora L. ở Châu Á được dùng làm thuốc trị bệnh theo dược học cổ truyền Trung Quốc, Việt Nam và Nhật Bản; được sử dụng làm phẩm màu để nhuộm tơ; làm thuốc điều hoà sinh trưởng Lacasoto 4SP cho lúa, ngô, khoai, sắn, ... [35]. Từ đời Lê, Kim, Minh, Thanh, Đường, Tống, hòe luôn là một trong những vị thuốc không thể thiếu được trong các bài thuốc y học cổ truyền. Tuy nhiên việc sử dụng hòe để điều trị chủ yếu theo kinh nghiệm dân gian. Các kết quả nghiên cứu về thành phần hóa học trong từng bộ phận cây hòe gần đây mới giải thích được các nguồn gốc dược học này [11]. - Lá hoè bao gồm 19% protein, 3,5% lipit, alcaloit cytisin,... được dùng để trị tà khí, động kinh, bệnh kinh sự của trẻ em, bệnh ghẻ ngứa mụn nhọt, phát ban do máu nóng, bệnh răng, khó đẻ, trị nghiện nặng. - Vỏ quả chứa 10-10,5% flavonoit [85], được dùng để hoàn trị năm bệnh trĩ nặng, hoàn phong đại tiện ra máu. - Hạt hoè gồm có flavonoit (1,75%), alkaloit loại quinolizidin (0,04%), protein (17,2-23%), dầu béo (6,9-12,1%), khoáng chất (Ca, P, K), axit linoleic, chất nhầy và một loại tinh bột có thể ăn được. Hạt hoè được dùng trị bệnh mắt nóng mờ tối, trị nóng cao tâm phiền, dùng trong nghi thức tôn giáo của thổ dân (tạo ảo giác do chứa cytosin) [8, 11, 85]. - Nhựa hoè dùng để trị các loại phong hoá sinh ra đờm rãi, tạng can bị phong, gân mạch co rút, cấm khẩu, trị phong nhiệt gây điếc. - Gỗ hoè có 8 isoflavonoit và nhiều thành phần khác [82, 84]. Cành hoè được dùng chữa ngứa, đại phong, liệt, thấp khớp, vết thương bọ cạp cắn, bệnh mắt đỏ, lậu, trĩ. - Vỏ cây hoè chứa lectin (1% KLT) với nhóm con là glycoprotein và peptit chính là glycopeptit [43]. Rễ hoè chứa các flavonoit, (D,L)-maackian, anhydropisatin, pterocarpan, sophoja ponicin,... Vỏ cây, vỏ rễ hoè được dùng để chữa lở loét, nứt rữa, chữa phong cam trĩ, đại tiện ra máu, phá huyết. Tác dụng chống co thắt của hòe bì tố gấp năm lần rutin, được dùng trị xơ mỡ động mạch, giảm colesterol trong 20