Đang tải... (xem toàn văn)
ĐẶT VẤN ĐÈ Lcystin là một acid amin có trong tự nhiên, thuộc nhóm acid amin có chứa lưu huỳnh 2. L cystin chiếm một tỷ lệ lớn trong tóc, móng, sừng 8. Được biết đến như một disulfide amino, L cystin cấu thành từ hai phân tử Lcystein qua cầu nối disulfide. Tên khoa học là: L()3,3’Dithiobis(2 aminopropanoic acid). Lcystin được dùng rộng rãi để bào chế các thuốc điều trị các bệnh lông, tóc, móng như tóc dễ gẫy, chẻ, rụng tóc, giúp cho sự mọc tóc và giúp tóc tăng trưởng. Ngoài ta, Lcystin còn được dùng để điều trị chứng ngứa và các bệnh lý về da như: sạm da, ban chàm, mề đay, mụn nhọt...12. Lcystin là nguyên liệu trung gian để bán tổng hợp nhiều dẫn xuất có ứng dụng trong lâm sàng như: L cystein, Scarboxylmethylcystein, NacetylLcystein... Lcystin có thể điều chế theo con đường tổng hợp hóa học hay tổng họfp vi sinh nhưng phương pháp chiết từ dịch thủy phân keratin là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện, nguyên liệu dễ kiếm và có khả năng sản xuất ở quy mô công nghiệp cao. Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu điều chế Lcystin từ một số loại keratin như tóc, lông cừu 16,17... Tại Việt Nam, các nghiên cứu điều chế L cystin từ keratin đã được tiến hành và khảo sát ở quy mô phòng thí nghiệm 1,6,8,11. Nhằm đưa việc sản xuất Lcystin ứng dụng vào sản xuất công nghiệp, chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu triển khai sản xuất Lcystin ở quy mô pilot” với những mục tiêu sau: 1. Khảo sát một sổ yếu tổ ảnh hưởng đến hiệu suất điều chế L cystỉn, lựa chọn nguyên liệu, hóa chất và quy trình sản xuất Lcystin ở quy mô pilot. 2. Tiến hành sản xuất Lcystin ở quy mô pilot và kiểm nghiệm sản phâm Lcystỉn thu được.
Bộ YTÉ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI ********************** NGUVỄN THỊ THANH PHÚC NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI SẢN XUẤT L-CYSTIN ở QUY MÔ PILOT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Dược sĩ • • • Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Đình Luyện Nơi thực hiện: Bộ môn Công nghiệp Dược Đại học Dược Hà Nội HÀ N Ộ I-2011 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Đình Luyện, Trưởng bộ môn Công Nghiệp Dược -Trưòmg Đại Học Dược Hà Nội, người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt , dạy dỗ cho tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận này. Đồng thời,tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành TS. Nguyễn Văn Hân, DS. Nguyễn Văn Giang và anh Phan Tiến Thành cùng các thầy cô, anh chị thuộc bộ môn Công nghiệp dược, cũng như các thầy cô trong trường Đại học Dược Hà Nội này đã giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành khóa luận này. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cám ơn đến gia đình và bạn bè là động lực lớn giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Tôi xin chân thành cám ơn ! Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 2011 Sinh viên Nguyễn Thị Thanh Phúc DANH MỤC CÁC KỶ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, Đ ồ THỊ Trang ĐẶT VẤN ĐÈ 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 2 1.1. Tổng quan về keratin 2 1.1.1. Khái niệm keratỉn 2 1.1.2. Cấu trúc của keratin 3 1.2. Tổng quan về L-cystin 4 1.2.1. Khái niệm L-cystỉn 4 1.2.2. Tỉnh chất vật lỷ 5 1.2.3. Tỉnh chất hóa học 5 1.2.4. Phương pháp điều chế 7 1.2.5. Các xác định L-cystỉn tạo thành 9 1.2.6. Các phương pháp điều chế từ keratin 12 1.2.7. Tác dụng sinh học và ứng dụng 14 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u 16 2.1. Đối tượng nghiên cứu 16 2.1.1. Nguyên liệu nghiên cứu 16 2.1.2. Hóa chất nghiên cứu 16 2.1.3. Thiết bị nghiên cứu 17 2.2. Phương pháp nghiên cứu 17 CHƯƠNG 3. KÉT QUẢ NGHIÊN c ứ u 19 3.1. Phân tích và lựa chọn phương pháp 19 MỤC LỤC 3.1.1. Giai đoạn thủy phân 19 3.1.2. Giai đoạn kết tủa 20 3.2. Khảo sát các nguồn nguyên liệu keratin 21 3.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ giai đoạn kết tủa đến hiệu suất sản phẩm 23 3.4. Điều chế L-cystin ử quy mô pilot 25 3.5. Kết quả phân tích phổ 27 3.5.1. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại IR 27 3.5.2. Kết quả phân tích phổ khối MS 28 3.5.2. Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân ^H-NMR 29 3.6. Kiểm nghiệm L-cystin thu được theo một số tiêu chuẩn của dược điển Anh-BP 2007 30 3.7. BÀN LUẬN 30 KÉT LUẬN VÀ KIÉN NGHỊ 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIÉT TẮT BP Dược điển Anh (British Pharmacopoeia) HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High performance liquid chromatography) IR Phổ hong ngoại (Infrared spectroscopy) KĨPT Khối lượng phân tử MS Phổ khối (Mass spectrometry) NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear magnetic resonance spectroscopy) SKLM Sắc ký lóp mỏng Rf Thời gian lưu Trang Bảng 3.1. Kết quả khảo sát hiệu suất tạo L-cystin từ các nguồn keratin 22 Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ giai đoạn kết tủa đến hiệu suất điều chế L-cystin 24 Bảng 3.3. Kết quả phân tích phổ khối của L-cystin điều chế được 28 Bảng 3.4. Kết quả phân tích phổ ^H-NMR của L-cystin điều chế được 30 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Hình 1: cấu trúc keratin 2 Hình 2: sắc ký đồ của hỗn họp acid amin 11 Hình 3: Biểu đồ kết quả khảo sát hiệu suất L-cystin từ các nguồn keratin 23 Hình 4: Biểu đồ kết quả khảo sát ảnh hưỏng của nhiệt độ giai đoạn kết tủa đến hiệu suất điều chế L-cystin 25 Hình 5: Quy trình điều chế L-cystin ở quy mô pilot 26 DANH MỤC CÁC HÌNH ĐẶT VẤN ĐÈ L-cystin là một acid amin có trong tự nhiên, thuộc nhóm acid amin có chứa lưu huỳnh [2]. L- cystin chiếm một tỷ lệ lớn trong tóc, móng, sừng [8]. Được biết đến như một disulfide amino, L- cystin cấu thành từ hai phân tử L-cystein qua cầu nối disulfide. Tên khoa học là: L(-)-3,3’-Dithiobis(2- amino-propanoic acid). L-cystin được dùng rộng rãi để bào chế các thuốc điều trị các bệnh lông, tóc, móng như tóc dễ gẫy, chẻ, rụng tóc, giúp cho sự mọc tóc và giúp tóc tăng trưởng. Ngoài ta, L-cystin còn được dùng để điều trị chứng ngứa và các bệnh lý về da như: sạm da, ban chàm, mề đay, mụn nhọt [12]. L-cystin là nguyên liệu trung gian để bán tổng hợp nhiều dẫn xuất có ứng dụng trong lâm sàng như: L- cystein, S-carboxyl-methyl-cystein, N-acetyl-L-cystein L-cystin có thể điều chế theo con đường tổng hợp hóa học hay tổng họfp vi sinh nhưng phương pháp chiết từ dịch thủy phân keratin là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện, nguyên liệu dễ kiếm và có khả năng sản xuất ở quy mô công nghiệp cao. Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu điều chế L-cystin từ một số loại keratin như tóc, lông cừu [16,17] Tại Việt Nam, các nghiên cứu điều chế L- cystin từ keratin đã được tiến hành và khảo sát ở quy mô phòng thí nghiệm [1,6,8,11]. Nhằm đưa việc sản xuất L-cystin ứng dụng vào sản xuất công nghiệp, chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu triển khai sản xuất L-cystin ở quy mô pilot” với những mục tiêu sau: 1. Khảo sát một sổ yếu tổ ảnh hưởng đến hiệu suất điều chế L- cystỉn, lựa chọn nguyên liệu, hóa chất và quy trình sản xuất L-cystin ở quy mô pilot. 2. Tiến hành sản xuất L-cystin ở quy mô pilot và kiểm nghiệm sản phâm L-cystỉn thu được. CHƯC«VG 1: TỎNG QUAN ỉ.l. Tổng quan về keratiii 1.1.1. Khái niêm về Keratin Keratin là một protein có cấu trúc dạng sợi, rắn chắc, không tan trong nước, chiếm tỷ lệ cao trong tóc, sừng, móng, lông của hầu hết các động vật [3]. Ngoài vai trò giúp ổn định cấu trúc tế bào, keratin còn có tác dụng bảo vệ chống các tác nhân có hại từ môi trưòng bên ngoài. Keratin có hai dạng cấu trúc là a-keratin và |3-keratin: - a-keratin có trong lông tóc (kể cả lông cừu), sừng, móng và móng guốc của động vật có vú. - P-keratin được tìm thấy ở móng vuốt vủa các loài bò sát, trong mai của các loài baba, rùa., và trong lông vũ, mỏ, móng vuốt của chim, gai của nhím [23'. Cấu trúc của p-keratin cứng hơn so với a-keratin. 1.1.2. Cẩu trúc của keratin H ydrogen bond Hydrogen — bond Hình 1: cấu trúc keratin 1.1.2.1. Cấu dạng xoắn a ( hĩnh A) Là cấu dạng điển hình cho cấu trúc của a-keratin. Khoảng cách một chu kỳ xoắn là 0,54nm (gồm 3,5 gốc acid amin). Các nhóm R của nguyên tử cacbon a đều chĩa ra ngoài trung tâm xoắn. Cấu dạng xoắn a có những đặc điểm quan trọng sau đây: ^ Cấu trúc bền vững nhờ có các liên kết hydro tạo ra giữa H (thuộc nhóm -NH của mỗi liên kết peptid) với o (của nhóm -CO thuộc gốc acid amin thứ 4 trong chuỗi). Như vậy, mỗi liên kết peptid đều góp phần tạo ra sự bền vững tối đa cho phân tử keratin. Liên kết hydro nói trên làm giảm tính chất ưa nước của vùng xoắn a. ^ Là cấu dạng bền vững nhất của chuỗi polypeptide do có thể tạo xoắn a mà không cần nhiều năng lượng. 1.1.2.2. Cấu dạng gấp nếp p (hình B) Là điển hình cho cấu trúc của |3- keratin. Nó không bị cuộn lại như cấu dạng xoắn a mà gấp nếp và hầu như hoàn toàn duỗi thẳng hình ziczac. Các đặc điểm của cấu dạng gấp nếp P: Các chuỗi polypeptid cạnh nhau có thể song song (có cùng hướng từ N- đến C- tận) hay đối song (hướng ngược nhau). Hai cấu trúc này giống nhau mặc dù độ dài lặp lại của cấu trúc song song là 0,65nm ngắn hơn so với 0,70 nm của cấu trúc đối song. v' Khoảng cách giữa các acid amin cạnh nhau theo đường trục là 0,3 5nm (xa hơn so với cấu trúc dạng xoắn a là 0,15nm). ^ Các liên kết hydro tạo bởi -NH và -CO có thể nằm cùng chuỗi hay giữa các chuỗi polypeptid khác nhau. A: cấu dạng xoắn a, B: cấu dạng xoắn p [...]... trong giai đoạn kết tủa không vượt quá 30°c 3.4 Điều chế L- cystin ở quy mô pilot Từ các nghiên cứu trước đó và khảo sát trên, chúng tôi tiến hành điều chế L- cystin từ dịch thủy phân keratin ở quy mô pilot theo quy trình sau Nguyên liệu chúng tôi l a chọn l sừng thu được từ các xưởng mỹ nghệ 26 r Hình 5 : Quy trình điêu chê L- cystin ở quy mô pilot 27 Quá trình điều chế được tiến hành cụ thể như sau:... l 5 ngày Đe hoàn chỉnh hơn, chúng tôi tiến hành khảo sát thêm một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất để điều chế L- cystin như nguồn nguyên liệu, nhiệt độ kết tủa để xây dựng quy trình hoàn chỉnh điều chế L- cystin ở quy mô pilot 3.2 Khảo sát các nguồn nguyên liệu keratin: Đe l a chọn nguyên liệu phù họp để tiến hành sản xuất L- cystin ở quy mô pilot, chúng tôi tiến hành khảo sát một số nguồn nguyên liệu... sát hiệu suất L- cystin từ các nguồn keratin khác nhau Nhận xét: Nguồn nguyên liệu keratin có ảnh hưởng đến hiệu suất tạo sản phẩm Lcystin cũng như hàm l ợng L- cystin trong kết tủa thô thu được Hiệu suất Lcystin thu được sau khi thủy phân l ng l n và tóc l n nhất và có hàm l ợng L- cystin trong tủa thô cao nhất Hiệu suất L- cystin thu được từ sừng, móng trâu, móng l n ít hơn Hàm l ợng L- cystin có trong... dịch thủy phân sừng, móng trâu và móng l n không cao l n l ợt l 30,1%; 28,56%; 38,24% Trong tủa thô thu được khi thủy phân sừng, móng trâu và móng l n chứa một hàm l ợng l n L- tyrosin Mặc dù, tóc và l ng l n cho hiệu suất cao nhất nhưng việc thu thập với số l ợng l n gặp nhiều khó khăn, chúng tôi l a chọn sừng l m nguyên liệu để điều chế L- cystin ở quy mô pilot do nguồn cung cấp dồi dào, ổn định từ... hàm l ợng của sản phẩm Lcystin thu được Các nguồn nguyên liệu khảo sát l tóc, sừng, móng l n, móng bò và l ng l n Chúng tôi tiến hành khảo sát hiệu suất tạo L- cystin từ các nguồn nguyên liệu tóc, sừng, móng l n, móng bò và l ng l n Cân 500g nguyên liệu, ngâm nguyên liệu trong acid HCl đặc 5 ngày Bổ sung nước cho nồng độ HCl 20% Đun hồi l u trong 10 giờ Tẩy màu bằng 15 g than hoạt L c nóng Dịch l c... trung bình dành cho người l n và trẻ 15 em trên 8 tuổi l 1 viên nang 500mg tháng hoặc 10-20 ngày mỗi tháng X 2 l n mỗi ngày, nên dùng liên tục 2-3 16 CHƯƠNG 2 : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.1.1 Nguyên liệu Các nguyên liệu được nghiên cứu sử dụng để sản xuất L- cystin l tóc, sừng trâu, sừng bò, l ng l n, móng trâu, móng l n Tóc l nguồn nguyên liệu được thu mua tại các... -s- ■CH, Cystin 1.3.2 Tính chất vật l [23]: - L- cystin l dạng bột kết tinh màu trắng, - Thực tế không tan trong nước và alcol Có thể hòa tan được trong dung dịch kiềm loãng, khả năng tan trong nước (g/1) ở nhiệt độ rO 50°c l 0,239; ở is'^c 25® l 0,112; c ở l 0,523; ở loo^'c l 1,142 - L- cystin có góc quay cực từ -215° đến -225® (dung dịch 5% trong dung dịchHCl IM) - Nhiệt độ nóng chảy khoảng 260-261... 14,0% L ng l n: 14,4% Sừng; 12,1% Len: 10,3 Do đó, các nguồn nguyên liệu keratin khác nhau chính l nguyên liệu để tách chiết L- cystin vấn đề cần nghiên cứu trong quá trình thủy phân l các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất L- cystin như: nồng độ acid, l ọng acid sử dụng, thời gian thủy phân, nhiệt độ thủy phân 1.3.5 Cách xác định L- cystin tạo thành [7]: Sau khi thủy phân hoàn toàn keratin thu được L- cystin, ... chế L- cystin với hai nguồn nguyên liệu l tóc và sừng cho thấy sử dụng acid HCl 37% không cho hiệu suất l n hon đáng kể so với acid HCl 20 % [8] Hiệu suất L- cystin thu được cũng thay đổi đáng kể khi thay đổi tỷ l nguyên liệu/acid Theo Nguyễn Thị Ninh, khi sử dụng acid HCl 20% để thủy phân keratin thì tỷ l nguyên liệu/ acid phù hợp nhất l 1/3 [11] Thời gian thủy phân cũng ảnh hưởng đến hiệu suất L- cystin. .. ứng ở 6 nhiệt độ l n l ợt l lO^C; 20 ® 30®C; 40°C; 50^C; 60^c Để kết tủa hoàn toàn trong 5 ngày L c l y C; tủa, rửa tủa 3 l n X 50ml nước cất 60*^c Tinh chế sản phẩm bằng cách hòa tan sản phẩm trong 750 ml acid HCl IM, tẩy màu bằng lOg than Nếu dịch l c vẫn có mầu vàng nhạt, tiếp tục tẩy màu bằng 5g than hoạt Điểu chỉnh dịch l c về pH=5 bằng NaOH 20% Để yên hỗn họp trong nhiệt độ phòng 5-6 giờ L c l y . suất điều chế L- cystỉn, l a chọn nguyên liệu, hóa chất và quy trình sản xuất L- cystin ở quy mô pilot. 2. Tiến hành sản xuất L- cystin ở quy mô pilot và kiểm nghiệm sản phâm L- cystỉn thu được. CHƯC«VG. ứng dụng vào sản xuất công nghiệp, chúng tôi tiến hành đề tài Nghiên cứu triển khai sản xuất L- cystin ở quy mô pilot với những mục tiêu sau: 1. Khảo sát một sổ yếu tổ ảnh hưởng đến hiệu suất. NỘI ********************** NGUVỄN THỊ THANH PHÚC NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI SẢN XUẤT L- CYSTIN ở QUY MÔ PILOT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Dược sĩ • • • Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Đình Luyện Nơi thực hiện: Bộ môn Công nghiệp Dược