Tài liệu Nghiên cứu tiềm năng vận tải và phân phối thuốc curcumin của màng bacterial cellulose lên men từ nước dừa già định hướng sử dụng qua đường uống

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA SINH - KTNN ===o0o=== NGUYỄN THỊ TRANG NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG VẬN TẢI VÀ PHÂN PHỐI THUỐC CURCUMIN CỦA MÀNG BACTERIAL CELLULOSE LÊN MEN TỪ NƢỚC DỪA GIÀ ĐỊNH HƢỚNG SỬ DỤNG QUA ĐƢỜNG UỐNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Sinh lí học ngƣời và động vật Ngƣời hƣớng dẫn khoa học HÀ NỘI - 2016 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA SINH - KTNN ===o0o=== NGUYỄN THỊ TRANG NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG VẬN TẢI VÀ PHÂN PHỐI THUỐC CURCUMIN CỦA MÀNG BACTERIAL CELLULOSE LÊN MEN TỪ NƢỚC DỪA GIÀ ĐỊNH HƢỚNG SỬ DỤNG QUA ĐƢỜNG UỐNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Sinh lí học ngƣời và động vật Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Ngƣời hƣớng dẫn TS. Nguyễn Xuân Thành HÀ NỘI - 2016 LỜI CẢM ƠN Trong thực tế không có sự thành công nào là không gắn liền với sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của ngƣời khác. Trong suốt thời gian qua, em đã nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình của quý thầy cô giúp em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp của mình. Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban giám hiệu Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2; các thầy, cô trong khoa Sinh kĩ thuật Nông Nghiệp; các thầy, cô ở Trung tâm Hỗ trợ NCKH & CGCN Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2 đã tạo điều kiện và giúp đỡ em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp của mình. Đặc biệt, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc nhất tới TS. Nguyễn Xuân Thành là ngƣời đã theo sát và hƣớng dẫn em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình. Do bƣớc đầu đi vào thực tế và sáng tạo trong nghiên cứu khoa học, kiến thức của em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận đƣợc sự góp ý quý báu của quý thầy cô và các bạn sinh viên để đề tài khóa luận tốt nghiệp của em đƣợc hoàn thiện hơn nữa. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô! Hà Nội, Ngày 05 tháng 05 năm 2016. Sinh viên (Kí và ghi rõ họ tên) Nguyễn Thị Trang LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và đƣợc sự hƣớng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Xuân Thành. Những số liệu kết quả trong khóa luận này là trung thực, không có sự trùng lặp hoặc sao chép của một đề tài khác. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, Ngày 05 tháng 05 năm 2016. Sinh viên (Kí và ghi rõ họ tên) Nguyễn Thị Trang MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài......................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu.................................................................................. 3 3. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................ 3 4. Vật liệu và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 3 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ...................................................... 3 6. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................... 4 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 5 1.1. Bacterial cellulose (BC) .......................................................................... 5 1.1.1. Vi khuẩn sản sinh ra BC ................................................................... 5 1.1.2. Nguyên liệu để nuôi A. xylinum nhằm thu màng BC ........................ 5 1.1.3. Cấu trúc của màng BC...................................................................... 6 1.1.4. Đặc tính của màng BC ...................................................................... 7 1.1.5. Ứng dụng của màng BC.................................................................... 7 1.2. Tổng quan về Curcumin.......................................................................... 8 1.2.1. Công thức cấu tạo ............................................................................. 8 1.2.2. Tính chất vật lý ................................................................................. 9 1.2.3. Tính chất hóa học của Curcumin.................................................... 10 1.2.4. Dược chất ........................................................................................ 14 1.2.5. Sinh khả dụng của Curcumin .......................................................... 15 1.2.6. Rủi do và tác dụng phụ ................................................................... 16 1.3. Một số công trình nghiên cứu về Curcumin ......................................... 16 1.3.1. Trên thế giới .................................................................................... 16 1.3.2. Ở Việt Nam...................................................................................... 17 1.4. Một số chế phẩm chứa Curcumin trên thị trƣờng ................................. 18 Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 19 2.1. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................... 19 2.1.1. Hóa chất và dung môi sử dụng trong nghiên cứu .......................... 19 2.1.2. Thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu ......................................... 19 2.1.3. Vật liệu làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật tạo màng BC: .......... 19 2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 20 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................... 20 2.3.1. Tạo màng BC từ môi trường nước dừa già. ................................... 20 2.3.2. Tạo màng BC nạp Curcumin. ......................................................... 22 2.3.3. Chuẩn bị dung dịch chuẩn và tiến hành đo mẫu ............................ 22 2.3.4. Xác định lượng Curcumin nạp vào màng BC ................................. 24 2.3.5. Chuẩn bị môi trường đệm ............................................................... 25 2.3.6. Khảo sát lượng thuốc giải phóng của màng BC ở các độ dày màng 0,5cm và 1cm, trong các môi trường pH khác nhau ................................ 25 2.3.7. Phân tích thống kê .......................................................................... 27 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................... 28 3.1. Màng BC đƣợc nuôi cấy từ môi trƣờng nƣớc dừa già. ......................... 28 3.2. Màng BC nạp thuốc Curcumin ............................................................. 29 3.3. Khối lƣợng thuốc nạp đƣợc vào màng BC ........................................... 30 3.4. Lƣợng thuốc giải phóng từ màng BC vào các môi trƣờng pH khác nhau. .................................................................................................... 31 3.4.1. Mật độ quang của Curcumin khi tiến hành giải phóng thuốc tại các thời điểm khác nhau trong các môi trường pH khác nhau. ...................... 31 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 41 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần của nƣớc dừa già. ........................................................... 6 Bảng 1.2: Ảnh hƣởng của pH lên màu và dạng tồn tại của Curcumin. .............. 10 Bảng 2.1: Thành phần môi trƣờng tạo màng BC ....................................................... 21 Bảng 2.2: Mật độ quang (OD) của dung dịch Curcumin ở các nồng độ (mg/ml) khác nhau (n = 3). ................................................................................. 24 Bảng 3.1: Khối lƣợng Curcumin nạp vào màng BC (n = 3). .............................. 30 Bảng 3.2: Khối lƣợng Curcumin hấp thụ đƣợc trên 1 đơn vị thể tích màng (n=3). ................................................................................................................... 31 Bảng 3.3: Mật độ quang của Curcumin tại các nồng độ (µg/ml) khác nhau (n=3). ................................................................................................................... 31 Bảng 3.4: Mật độ quang khi tiến hành giải phóng thuốc tại các thời điểm khác nhau trong các môi trƣờng pH khác nhau. .......................................................... 32 Bảng 3.5: Tỉ lệ giải phóng dƣợc chất của các màng ở các môi trƣờng pH khác nhau trong các khoảng thời gian khác nhau (n = 3). ........................................... 35 Bảng 3.6: Hệ số tƣơng quan R2, tốc độ giải phóng thuốc (k) và trị số số mũ giải phóng (n) đối với các môi trƣờng pH khác nhau. ........................................ 38 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cấu trúc hóa học cơ bản của BC ......................................................... 7 Hình 1.2: Công thức cấu tạo của Curcumin ........................................................ 8 Hình 1.3: Các trạng thái của Curcumin thay đổi theo pH................................... 11 Hình 1.4: Phản ứng của Curcumin với H2. ......................................................... 11 Hình 1.5: Phản ứng phân hủy Curcumin trong môi trƣờng kiềm ....................... 12 Hình 1.6: Phản ứng phân hủy của Curcumin dƣới tác dụng của ánh sáng. ........ 13 Hình 1.7: Cấu trúc phức Cu - Curcumin (1:1) và (1:2) giữa đồng acetate và Curcumin. ............................................................................................................ 13 Hình 1.8: Sơ đồ biểu hiện hai hƣớng phản ứng của Curcumin với gốc tự do. ... 14 Hình 1.9: Sơ đồ thống kê các nghiên cứu về Curcumin ..................................... 17 Hình 2.1: Sơ đồ các bƣớc thực hiện của đề tài. .................................................. 20 Hình 2.2: Sơ đồ tinh chế màng BC. .................................................................... 21 Hình 2.3: Phổ UV - Vis của Curcumin (dung môi là etanol). ........................... 23 Hình 2.4: Phƣơng trình đƣờng chuẩn của Curcumin (n = 3). ............................. 24 Hình 3.1: Màng BC đƣợc nuôi cấy trong môi trƣờng nƣớc dừa già................... 28 Hình 3.2: Màng BC dày 1cm. ........................................................................... 28 Hình 3.3: Màng BC tinh chế. .............................................................................. 29 Hình 3.4: (a), (b) Nạp thuốc Curcumin vào màng BC (0,5cm và 1cm) ............. 29 Hình 3.5: Màng BC nạp Curcumin sấy khô (a) 0,5cm; (b) 1cm......................... 30 Hình 3.6: Phƣơng trình hồi quy của mẫu Curcumin. .......................................... 32 Hình 3.7: Biểu đồ so sánh mật độ quang của lƣợng thuốc giải phóng ở màng 0,5cm và 1cm trong các môi trƣờng pH khác nhau. ........................................... 33 Hình 3.8: Biểu đồ mật độ quang ở pH=2 ............................................................ 36 Hình 3.9: Biểu đồ mật độ quang ở pH=12. ......................................................... 36 Hình 3.10: Biểu đồ mật độ quang ở pH=6,8. ...................................................... 37 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Nghệ (tên khoa học Curcuma longa) có tác dụng cho gan và tiêu hóa, rối loạn kinh nguyệt và chuột rút, vàng da, và là một tác nhân chống viêm tốt. Thành phần hoạt chất chính giúp Nghệ phát huy tác dụng chăm sóc sức khỏe toàn diện là Curcumin. Những năm gần đây, Curcumin nổi lên nhƣ một hoạt chất của thời đại với số lƣợng trên 1000 nghiên cứu và trên 6000 bài báo viết về tác dụng. Kết quả các nghiên cứu khẳng định, Curcumin là một trong những tinh chất thiên nhiên tốt nhất cho sức khỏe. Tại Hoa Kỳ, Curcumin đã đƣợc cấp "Chứng nhận An toàn "(GRAS) theo FDA. Thƣ viện Pubmed có tới 5612 bài báo nghiên cứu về tác dụng của hoạt chất Curcumin. Từ năm 2008, đã có rất nhiều thử nghiệm lâm sàng trên ngƣời để nghiên cứu về tác dụng của Curcumin. Curcumin đã đƣợc các nhà khoa học khẳng định hiệu quả trong việc hỗ trợ điều trị các bệnh mãn tính, nan y nhƣ: ung thƣ, viêm loét dạ dày (Curcumin có tác dụng diệt 65 chủng lâm sàng vi khuẩn Helicobacter pylori, ức chế chất gây viêm COX2 [7], tăng tái tạo mạch máu chống thiếu máu cục bộ [29], tăng tiết chất nhày dạ dày). Tuy nhiên, rào cản lớn khiến tinh chất nghệ Curcumin chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi là do Curcumin ít tan trong nƣớc (độ tan 0,001%), sinh khả dụng thấp [28]. Vì vậy, khi dùng theo đƣờng uống, Curcumin hòa tan một phần rất nhỏ vào các dịch thể của ống tiêu hóa, chỉ 7 - 10% Curcumin đƣợc hấp thụ vào máu, lại bị chuyển hóa nhanh qua gan, làm cho sinh khả dụng thực tế của Curcumin chỉ đạt 2 - 3% [18]. Cần thiết kế hệ thống vận tải và phân phối thuốc Curcumin để giúp thuốc giải phóng một cách kéo dài, từ đó có thể tăng khả dụng sinh học của thuốc. Uống là một trong những đƣờng ƣa thích nhất và truyền thống để phân phối thuốc. So với đƣờng tiêm hệ thống phân phối thuốc qua đƣờng miệng nó có nhiều lợi thế chính bao gồm an toàn nhất, đơn giản, tiện lợi, bệnh nhân dễ 1 dàng tuân thủ, tăng hiệu quả của thuốc uống. Nó cũng ngăn chặn nguy cơ lây truyền bệnh, làm giảm chi phí và áp lực cho bệnh nhân. Hiện nay, có rất nhiều các nhà nghiên cứu về các vật liệu ứng dụng để vận chuyển thuốc nhằm làm tăng sinh khả dụng của thuốc nhƣ chế tạo bao phim pellet metoprolol succinat trên hệ thống bao tầng sôi tạo chế phẩm phóng thích kéo dài, hay sử dụng vật liệu liposome làm vật liệu dẫn thuốc cũng đem lại rất nhiều những hiệu quả nhất định [26, 32]. Trong những năm gần đây, đã có sự chú ý đặc biệt về việc sử dụng các vật liệu sinh học trong các sản phẩm chăm sóc sức khỏe vì khả năng tái tạo, tƣơng thích sinh học và phân hủy sinh học của chúng. Một trong những vật liệu sinh học có những đặc tính trên đƣợc chú ý là cellulose. Vật liệu này vƣợt trội so với các polyme tự nhiên và tổng hợp khác [19]. Tuy nhiên, hình thái, đặc tính và các lĩnh vực ứng dụng cụ thể phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc, tức là "quá trình xây dựng" các loại cellulose. Bacterial cellulose (BC) đƣợc tạo thành từ Acetobacter xylinum (A. xylinum) có cấu trúc hóa học giống của cellulose thực vật nhƣng có một số tính chất hóa lý đặc biệt nhƣ: độ bền cơ học, khả năng thấm hút nƣớc cao, đƣờng kính sợi nhỏ, độ tinh khiết cao, độ polymer hóa lớn, có khả năng phục hồi độ ẩm ban đầu [1] ... Vì vậy, BC đƣợc ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực nhƣ: thực phẩm, công nghiệp dệt, công nghiệp giấy, mĩ phẩm, y học, ..., đáng chú ý nhất là trong sự kiểm soát các hệ thống vận chuyển thuốc. BC đã đƣợc sử dụng nhƣ trong một vài hệ thống để phân phối thuốc. Aminetal et al. [5] đã báo cáo việc sử dụng màng BC làm màng bọc cho paracetamol bằng cách sử dụng kĩ thuật phun phủ. Kết quả cho thấy màng BC giúp cho thuốc đƣợc giải phóng một cách kéo dài làm tăng hiệu quả sử dụng của thuốc. Gần đây hơn, Lin Huang et al. [24] nghiên cứu việc sử dụng màng BC cho việc kiểm soát in vitro của Berberine. Ngoài thẩm thấu qua da, thí nghiệm kiểm soát sự giải 2 phóng thuốc qua màng BC còn đƣợc thử nghiệm mô phỏng trong dạ dày, ruột. Các kết quả thu đƣợc cho thấy rằng thuốc đã đƣợc giải phóng với một tốc độ chậm. Với mục đích thiết kế hệ thống vận tải và phân phối thuốc dựa trên màng BC giúp Curcumin giải phóng một cách kéo dài, từ đó có thể làm tăng khả dụng sinh học của thuốc trong điều trị bệnh, chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tiềm năng vận tải và phân phối thuốc Curcumin của màng Bacterial cellulose lên men từ nước dừa già định hướng sử dụng qua đường uống”. 2. Mục đích nghiên cứu Thiết kế hệ thống vận tải và phân phối thuốc nhằm giúp thuốc giải phóng kéo dài, từ đó có thể làm tăng sinh khả dụng của thuốc, tăng hiệu quả điều trị của thuốc. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tạo màng và xử lí màng BC. - Thiết kế hệ thống vận tải và phân phối thuốc qua màng BC. - Khảo sát, đánh giá khả năng vận tải và phân phối thuốc Curcumin thông qua hệ thống vận tải đƣợc thiết kế. 4. Vật liệu và phạm vi nghiên cứu - Vật liệu nghiên cứu: Màng BC làm từ môi trƣờng nƣớc dừa già, thuốc Curcumin dạng tinh khiết 95%, ... - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tiềm năng vận tải và phân phối thuốc Curcumin của màng BC định hƣớng sử dụng qua đƣờng uống invitro. 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 5.1. Ý nghĩa khoa học Tiếp tục mở rộng nghiên cứu tiềm năng của màng BC để áp dụng loại màng này vào nhiều các lĩnh vực khác nhau trong thực tiễn đời sống. Từ kết 3 quả nghiên cứu trên, mở ra những hƣớng nghiên cứu mới về khả năng vận chuyển và phân phối thuốc của màng BC trên nhiều các loại thuốc khác nhau nhằm tăng khả dụng sinh học của các loại thuốc đó. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn Sử dụng màng BC làm hệ thống vận tải và phân phối thuốc nhằm khắc phục tối đa những hạn chế của Curcumin, từ đó có thể làm tăng sinh khả dụng của thuốc. 6. Phƣơng pháp nghiên cứu - Tạo màng BC từ môi trƣờng nƣớc dừa già. - Tạo màng BC nạp Curcumin. - Chuẩn bị dung dịch chuẩn và tiến hành đo mẫu. - Xác định lƣợng Curcumin nạp vào màng BC. - Chuẩn bị môi trƣờng đệm. - Khảo sát lƣợng thuốc giải phóng của màng BC ở các độ dày màng khác nhau, trong các môi trƣờng pH khác nhau. - Phân tích thống kê. 4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Bacterial cellulose (BC) 1.1.1. Vi khuẩn sản sinh ra BC BC đƣợc tổng hợp từ một số loại vi khuẩn nhƣ: Acetobacter, Achromobacter, Agrobecterium, Pseudomonas. A. xylinum thuộc nhóm vi khuẩn Acetic, chi Acetobacter, họ Pseudomonadaceae. Là loại hiếu khí bắt buộc, có chu mao và sản xuất cellulose ngoại bào [1]. A. xylinum có dạng hình que, thẳng hay hơi cong, kích thƣớc ngang khoảng 0,6 - 0,8 µm, dài khoảng 2 - 3 µm, vi khuẩn không sinh bào tử, gram âm, không di động, sắp xếp riêng rẽ đôi khi xếp thành chuỗi, nhƣng khi tế bào già hay do điều kiện môi trƣờng nuôi cấy, hình dạng có thể bị biến đổi: tế bào dài hơn, phình to ra, phân nhánh hoặc không phân nhánh. Trong môi trƣờng nuôi cấy rắn, sau khoảng từ 3 - 7 ngày nuôi cấy, sẽ thu đƣợc khuẩn lạc nhỏ rồi lớn dần, đƣờng kính hạt từ 2 - 5 mm, tròn, nhày, rìa mép trơn, có màu kem, hơi trong. Nhƣng sau một tuần, khuẩn lạc to, đục, có màu cafe sữa rồi khô dần [1]. 1.1.2. Nguyên liệu để nuôi A. xylinum nhằm thu màng BC Môi trƣờng nuôi cấy A. xylinum là môi trƣờng tổng hợp từ các nguồn dinh dƣỡng cần thiết nhƣ nguồn cacbon, nitơ, nguồn sulfur và phospho, các yếu tố tăng trƣởng và các yếu tố vi lƣợng. Nhu cầu sử dụng đƣờng của A. xylinum là rất lớn và giữ vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp BC nên có rất nhiều nghiên cứu và đề nghị sử dụng các sản phẩm thứ cấp trong các ngành công nghiệp khác nhƣ: rỉ đƣờng, nƣớc dừa già, nƣớc mía, ... để làm nguyên liệu trong nuôi cấy A. xylinum. Trong đó, nƣớc dừa già đƣợc xem là môi trƣờng kinh điển trong nuôi cấy A. xylinum. Thành phần môi trƣờng của nƣớc dừa già [1] đƣợc trình bày ở bảng 1.1 dƣới đây: 5 Bảng 1.1: Thành phần của nƣớc dừa già. Nƣớc (%) Protein (%) 94,99 Đồng (mg/100g) 0,04 0,72 Mangan (mg/100g) 0,142 0,2 Selenium (µg/100g) 1 Carbonhydrat (%) 3,17 Vitamin C (mg/100g) 2,4 Đƣờng (%) 2,16 Thiamin (mg/100g) Chất béo toàn phần (%) Calcium (mg/100g) Sắt (mg/100g) 24 Riboflavin (mg/100g) 0,29 Niacin (mg/100g) 0,03 0,057 0,08 Magie (mg/100g) 25 Acid Panthenic (mg/100g) 0,043 Phosphorus (mg/100g) 20 Vitamin B6 (mg/100g) 0,032 Kali (mg/100g) 250 Folate (µg/100g) Natri (mg/100g) 105 Kẽm (mg/100g) 0,1 3 Nƣớc dừa già là môi trƣờng thích hợp để nuôi cấy vi khuẩn vì trong nƣớc dừa chứa rất nhiều chất dinh dƣỡng và chất kích thích tố tăng trƣởng nhƣ 1,3 - diphenyllurea, hexitol, cytolunin, myoinositol, sorbitol, … Vì vậy, A. xylinum rất thích hợp phát triển trong môi trƣờng này [15]. Nƣớc dừa sau khi thu hoạch đƣợc sử dụng không quá 3 ngày, tránh để lâu làm cho đƣờng và các chất dinh dƣỡng khác giảm đi dẫn đến cho hiệu suất kém [1, 15]. 1.1.3. Cấu trúc của màng BC Cấu trúc hóa học cơ bản của BC giống với cellulose có nguồn gốc thực vật (plant cellulose - PC ), tuy nhiên chúng khác nhau về cấu trúc đại thể. Các sợi mới sinh ra của BC kết lại với nhau để hình thành nên các sợi sơ cấp (subfibril), có chiều rộng khoảng 1,5 nm. Các sợi sơ cấp này kết lại thành các vi sợi, các vi sợi nằm trong các bó, cuối cùng hình thành các dải. Các dải có chiều dày 3 - 4 nm, chiều rộng 70 - 80 nm; 3,2x133 nm. Cấu trúc của BC phụ thuộc chặt chẽ vào điều kiện nuôi cấy [19]. 6 Hình 1.1: Cấu trúc hóa học cơ bản của BC. 1.1.4. Đặc tính của màng BC Màng BC sản xuất bởi các chủng A. xylinum có độ tinh sạch cao so với màng PC nhƣ hemicellulose, pectin và lignin (Kurosumi et al. 2009) [20]. Nó thể hiện tính độc nhất và cấu trúc đặc tính sinh hóa nhƣ sợi nano siêu mịn với cấu trúc mạng (1,5 - nm chiều rộng) (Patel & Suresh 2008) [27], trơ, có thể bị phân hủy sinh học, không độc, không gây dị ứng và ổn định về hóa học (Amin et al. 2010; Grzegorczyn & Slezak 2007; Moreira et al. 2009) [12]. BC thể hiện độ hấp thụ nƣớc tốt do cấu trúc mặt lƣới của nó cung cấp một diện tích bề mặt lớn đảm bảo cho nó hấp thụ nƣớc một cách tốt nhất (khoảng 200 lần trọng lƣợng của nó) (Patel & Suresh 2008; Wippermann et al. 2009) [34]. Ngoài ra, nghiên cứu cho thấy BC có độ kết tinh và độ bền cơ học cao, khả năng đàn hồi tốt và độ bền ƣớt cao do cấu trúc mạng lƣới xơ thống nhất và siêu mịn của nó. Đặc biệt, nó có khả năng cản khuẩn mà không làm thay đổi cấu trúc hay tính chất (Czaja et al. 2007; Hu et al. 2009; Wan et al. 2009) [11, 14, 35]. Với các đặc tính trên, BC rất phù hợp để chọn lựa cho ứng dụng vận tải và phân phối thuốc. 1.1.5. Ứng dụng của màng BC Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều những công trình nghiên cứu ứng dụng màng BC trên nhiều các lĩnh vực khác nhau nhƣ: lĩnh vực thực phẩm (màng bảo quản trái cây, chất ổn định thực phẩm, …). Gần đây, ngƣời ta sử dụng màng BC làm vật liệu mang thuốc Curcumin để nhận biết sự thay đổi 7 pH của sản phẩm thủy sản bằng cách đánh giá cảm quan sự thay đổi màu sắc của Curcumin [10]. Trong lĩnh vực y học ngƣời ta ứng dụng màng BC để: tạo ruột giả, màng trị bỏng, mạch máu nhân tạo trong điều trị các bệnh tim mạch, làm mặt nạ dƣỡng da [1], … Tính đến cuối năm 2014 trên thế giới chỉ có 18 nghiên cứu ứng dụng BC trong vận tải và phân phối thuốc đã đƣợc báo cáo [20], trong đó có 9 nghiên cứu với màng BC tinh khiết, 2 nghiên cứu với thể chất biến đổi màng BC và 7 với các vật liệu nanocomposite. Nhƣ vậy, trong lĩnh vực này cần tiếp tục đƣợc tiến hành nghiên cứu. 1.2. Tổng quan về Curcumin 1.2.1. Công thức cấu tạo Hình 1.2 Công thức cấu tạo của Curcumin. - Tên IUPAC: (1E, 6E) - 1,7 - bis (4 - hydroxy - 3 - metoxyphenyl) 1,6 - heptadien - 3,5 - dion. - Công thức phân tử: C21H20O6. - Phân tử khối: 368,38 g/mol. - Curcumin là tinh thể màu nâu đỏ, là hoạt chất đƣợc chiết ra từ củ nghệ vàng thuộc họ gừng. Hiện tại, ngƣời ta tìm thấy Curcumin tồn tại ở 4 dạng hợp chất [9]: + Curcumin là hợp chất chính chiếm 60%: 8 Curcumin + Demetoxy - curcumin chiếm 24% có công thức cấu tạo sau: Demetoxy - curcumin + Bis - demetoxy - curcumin chiếm 14%: Bis - demetoxy curcumin + Và một hợp chất mới phát hiện là xiclocurcumin chiếm khoảng 1%: Xiclocurcumin 1.2.2. Tính chất vật lý - Nhiệt độ nóng chảy: 183°C (361 K). - Curcumin là một polyphenol và là sắc tố tạo nên màu vàng đặc trƣng của củ nghệ. - Curcumin là chất màu tan trong dầu, ethanol, methanol, dichloromethane, acetone, hầu nhƣ không tan trong nƣớc ở môi trƣờng acid và trung tính, tan trong môi trƣờng kiềm. - Dung dịch Curcumin trong dung môi hữu cơ có độ hấp thụ cực đại ở bƣớc sóng khoảng từ 420 - 430 nm. 9 - Curcumin có thể phản ứng đƣợc với acid boric tạo nên hợp chất có màu đỏ cam nên đƣợc ứng dụng dùng để nhận biết muối của nguyên tố Bo. - Chính vì Curcumin là sắc tố tạo nên màu vàng sáng nên Curcumin đƣợc dùng làm chất phụ gia thực phẩm. Trong chất phụ gia thực phẩm Curcumin đƣợc kí hiệu dƣới ám số E100 [21]. 1.2.3. Tính chất hóa học của Curcumin a. Sự điện ly Trong môi trƣờng pH < 1, Curcumin có màu đỏ thể hiện trạng proton hóa H4A+. Ở pH từ 1 - 7, hầu hết các diferulolylmethane đều ở dạng trung hòa H3A, có khả năng hòa tan rất thấp và dung dịch có màu vàng. Ở pH >7,5; màu dung dịch chuyển sang đỏ. Giá trị hằng số phân ly pKa của 3 proton dạng acid của Curcumin (dạng H2A - , HA2, A - 3) đƣợc xác định tƣơng ứng là 7,8; 8,5 và 9,0. Curcumin không tan ở môi trƣờng nƣớc ở pH acid và trung tính, nhƣng tan tốt trong pH kiềm. Nghiên cứu ở kĩ thuật HPLC cho kết quả điện li theo pH của Curcumin [18] đƣợc trình bày ở bảng 1.2. Bảng 1.2: Ảnh hƣởng của pH lên màu và dạng tồn tại của Curcumin. pH Màu của dung dịch Dạng ion tồn tại <1 Đỏ H4A+ 1-7 Huyền phù màu vàng H3A >7.5 Đỏ H2A - , HA - 2, A3 - 10 Hình 1.3: Các trạng thái của Curcumin thay đổi theo pH. b. Phản ứng với H2 Do có nối đôi ở mạch cacbon nên Curcumin có khả năng phản ứng cộng với H2 với xúc tác PtO2. Hình 1.4: Phản ứng của Curcumin với H2. 11 Trong đó tetrahydrocurcumin (THC) cũng là một chất có hoạt tính chống oxy hóa có khả năng loại bỏ gốc tự do nhƣ gốc tert - butoxyl và peroxyl [17]. c. Phản ứng phân hủy trong môi trường kiềm Curcumin tƣơng đối bền ở pH acid, nhƣng lại nhanh chóng bị phân hủy ở pH kiềm. Đầu tiên ferulic acid và ferulolymethane đƣợc tạo thành. Sau đó, eruolylmethane nhanh chóng tạo thành sản phẩm ngƣng tụ có màu vàng đến vàng nâu. Tiếp theo, eruolylmethane tiếp tục thủy phân tạo ra vanillin và acetone và lƣợng các chất này tăng theo thời gian ủ [17]. Hình 1.5: Phản ứng phân hủy Curcumin trong môi trường kiềm. d. Phân hủy dưới tác dụng ánh sáng Curcumin không bền ánh sáng, đặc biệt ở trạng thái dung dịch. Curcumin bị phân hủy khi tiếp xúc với ánh sáng ngay cả ở dạng rắn. Sản phẩm phân hủy là vanillin, vanillin acid, ferulic aldehyde và ferulic acid [33]. Khi bị chiếu xạ, Curcumin bị đóng vòng hoặc phân hủy thành vanillin acid, vanillin và ferulic acid (Sasaki et al, 1998) [17]. Khi có mặt của oxy và ánh sáng, Curcumin bị phân hủy tạo thành 4 vinyl guaialcol và vanillin: 12