Phương pháp chiết xuất Quinin từ vỏ Canhkina

Nhà thuốc Ngọc Anh – Trong bài viết này nhà thuốc Ngọc Anh xin chia sẻ đến bạn các Phương pháp chiết xuất Quinin từ vỏ Canhkina.

Đặc điểm thực vật cây Canhkina

Có nhiều loài Canhkina như: Cinchona succirubra Pavon (canhkina đỏ), Cinchona calisaya Weddell (canhkina vàng), Cinchona officinalis L. (canhkina xám), Cinchona ledgeriana Moens (canhkina lá thon) và nhiều loài lai tạp khác. Họ cà phê (Rubiaceae). Canh kina đỏ thường được sử dụng phổ biến hơn.

Cây canhkina với đặc điểm thân gỗ, cao từ 10 – 25 m. Lá mọc đối, cuống có 2 lá kèm thường rụng sớm. Phiến lá hình trứng hoặc hình mác, nguyên; gân lá hình lông chim. Lá có màu xanh lục hoặc đỏ nhạt.

Hoa đều, lưỡng tính, 5 cánh hoa hàn liền và có lông, có 5 lá đài. Hoa mọc thành xim ở đầu cành, có màu hồng hay vàng tuỳ loài. Quả nang thuôn dài, mở từ dưới lên trên, có nhiều các hạt nhỏ, dẹt và có cánh mỏng.

Toàn bộ các loài canhkina đều có nguồn gốc Nam Mỹ, hiện nay đã được trồng ở 1 số nước như Việt Nam, Indonesia, …

Bộ phận dùng là vỏ thân, vỏ cành và vỏ rễ phơi sấy khô, được sử dụng làm thuốc bổ, thuốc chữa sốt rét và được dùng để chiết xuất quinin, hoạt chất trong canhkina có tác dụng chữa sốt rét bằng cách diệt thể vô tính trong hồng cầu của P. Falciparum. Trong vỏ cây Cinchona chứa 3- 6% quinin.

Thành phần hóa học của cây Canhkina

Vỏ cây canhkina có hàm lượng alcaloid cao 4- 15%. Alcaloid trong cây tồn tại 1 phần dưới dạng kết hợp rất chắc với tanin catechic, một phần kết hợp với các acid hữu cơ trong cây. Người ta phân lập từ canhkina khoảng 30 alcaloid và chia làm 2 nhóm:

Nhóm cinchonin: gồm 4 alcaloid quinin, quinidin, cinchonin, cinchonidin. Các alcaloid này có trong vỏ cây canhkina với một tỷ lệ cao. Hàm lượng quinin chiếm khoảng 2- 5% tùy theo loài và tùy vùng trồng.

Nhóm cinchonamin: gồm các alcaloid cinchonamin, cinchophyllin, quinamin. Các alcaloid này chiếm tỉ lệ nhỏ trong vỏ canhkina.

Bên cạnh đó, vỏ canhkina còn chứa một số aicd hữu cơ như acid quinic, acid quinotanic.

Đặc điểm, tính chất của quinin và một số chất liên quan

Quinin – C20H24N2O2:

• Tính chất: kết tinh thành tinh thể hình kim trong ethanol tuyệt đối. nhiệt độ nóng chảy 177 độ C (phân hủy 1 phần). Thăng hoa trong chân không cao ở 170- 180 độ C. Dung dịch nước bão hòa có pH 8,8. Quinin tạo huỳnh quang xanh trong dung dịch acid sulfuric loãng. Ở dạng trihydrat, quinin có dạng bột kết tinh nhỏ, nhiệt độ nóng chyar 57 độ C, mất một phân tử nước trong không khí, hút ẩm bằng acid sulfuric sẽ mất 2 phân tử nước. Sấy ở 125 độ C sẽ mất hết nước kết tinh.
• Độ tan: 1g quinin tan trong 1900 ml nước, 760 ml nước sôi, 0,8 ml ethanol, 80 ml benzen, 1,2ml cloroform, hầu như không tan trong ether dầu hỏa.

Quinin sulfat dihydrat – (C20H24N2O2)2.H2SO4.2H2O :

• Tính chất: thường kết tinh với 8 phân tử nước, nhưng bị mất 1 phân tử ở ngay 20 độ C. Khi phơi ra ngoài không khí ở nhiệt độ thường, nó bị mất từ từ thâm 5 phân tử nước nữa.
• Độ tan: 1 g tan trong khoảng 810 ml nước, khoảng 32 ml nước sôi, 120 ml ethanol, 10 ml ethanol ở 78 độ C. Các dung dịch nước trung tính với giấy quỳ. Dung dịch bão hòa có pH 6,2.

Quinin bisulfat heptahydrat – C20H24N2O2.H2SO4.7H2O :

• Tính chất: dạng tinh thể hay bột kết tinh trắng; vị rất đắng, lên hoa khi phơi ra không khí và trở nên sẫm màu khi phơi ra ánh sáng.
• Độ tan: 1 g tan trong 9 ml nước, 0,7ml nước sôi, 23 ml ethanol, 0,7ml ethanol ở 60 độ C.

Quinidin sulfat dihydrat – (C20H24N2O2)2 .H2SO4.2H2O :

• Tính chất: tinh thể mịn màu trắng, không mùi, vị đắng, thường kết lại với nhau thành khối. ra ánh sáng trở nên sẫm màu. Dung dịch nước 1% có pH 6,0- 6,8.
• Độ tan: 1 g tan trng 90 ml nước, 15 ml nước sôi, 10 ml ethanol, 3 ml methanol, không tan trong ether, benzen.

Quinidin bisulfat tatrahydrat – C20H24N2O2.H2SO4.4H2O :

• Tinh thể hình que, tan trong 8 phần nước. Dung dịch có huỳnh quang xanh.

Nguyên vật liệu cần chuẩn bị

Nguyên liệu: vỏ thân, rễ, cành của các loài canhkina được lựa chọn theo tiêu chuẩn Dược điển Việt Nam V.

Dung môi chiết xuất: tinh dầu thông

Hóa chất: vôi bột, natri carbonat, natri hydroxyd, acid sulfuric, than hoạt, giấy đo pH, giấy lọc.

Thiết bị, dụng cụ:

• Máy xay, tủ sấy
• Bình chiết ngâm lạnh
• Bơm chân không
• Phễu lọc Buchner
• Bể đun cách thủy
• Chai thủy tinh 1L, bình gạn 500 ml, cốc có mỏ 100 ml, 250 ml, 500 ml.

Sơ đồ quy trình chiết xuất quinin từ vỏ canhkina

Mô tả quy trình chiết xuất quinin từ vỏ canhkina

Chuẩn bị nguyên liệu

Vỏ canhkina được chặt nhỏ, phơi hoặc sấy ở 60 độ C đến khô, xay thành bột thô.

Cân khoảng 200g bột thô vào khay men, thêm hỗn hợp gồm 150 ml nước vôi và 50 ml NaOH 30%, trộn kỹ rồi ủ khoảng 24h. Sau đó làm tơi và làm khô.

Nguyên liệu kiềm hóa là vôi tôi và NaOH, đây đều là những nguyên liệu rẻ và dễ kiếm. Quá trình kiếm hóa làm cho alcaloid trở thành dạng base. Đồng thời, quá trình ủ để làm ẩm dược liệu còn có vai trò làm trương nở và rộng khe tế bào, giúp tăng tốc độ khuếch tán hoạt chất, tăng hiệu suất chiết.

Tỷ lệ giữa dung dịch sữa vôi và dung dịch NaOH với lượng dược liệu đem đi chiết, hay thời gian ủ có thể ảnh hưởng đến chất lượng của giai đoạn kiềm hóa dược liệu.

Chiết xuất

Nguyên tắc: chiết xuất bằng phương pháp ngâm lạnh. Ngâm 3 lần, mỗi lần 12h, lượng dung môi gấp 4 lần dược liệu.

Phương pháp ngâm lạnh là phương pháp tiến hành ngâm ở nhiệt độ phòng, thời gian thường kéo dài nhiều ngày, thường được áp dụng cho dược liệu có hoạt chất dễ bị phân hủy bởi nhiệt độ (cánh kiến trắng, vỏ cam, …), dược liệu có chứa nhựa, hoạt chất có đặc tính chậm tan (cánh kiến trắng, lô hội, …).

Tiến hành: cho vào bình chiết bột dược liệu đã được kiềm hóa ở trên, sau đó thêm 800 ml tinh dầu thông, khuấy trộn để tăng tiếp xúc giữa dung môi và dược liệu. Về sau có thỉnh thoảng khuấy. Rút dịch chiết sau 12h. Thêm dung môi mới rồi tiến hành chiết lần 2 và 3 tương tự như vậy.

Phương pháp ngâm lạnh có những ưu và nhược điểm chung của phương pháp ngâm: ưu điểm như đơn giản về thiết bị, phương pháp, kiểm soát quy trình; thích hợp cho nhiều loại dược liệu, nhiều loại dung môi; dễ nâng quy mô; Nhược điểm: năng suất thấp, thao tác thủ công, chiết nhiều lần sẽ gây tốn dung môi, thời gian, dịch chiết có thể loãng.

Có nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất, như:

• Loại dung môi chiết
• Tỷ lệ dung môi/ dược liệu. Tỷ lê này tăng sẽ làm cho lượng hoạt chất hòa tan tăng, tăng hiệu suất chiết, nhưng nếu dùng nhiều quá sẽ gây loãng dịch chiết, dẫn đến khó thu sản phẩm, tốn năng lượng thời gian loại dung môi, dịch lẫn nhiều tạp.
• Số lần chiết. Tăng số lần chiết sẽ tăng hiệu suất chiết khi dược liệu được tăng tiếp xúc với dung môi mới, nhưng chiết nhiều lần sẽ ảnh hưởng đến độ ổn định của hoạt chất, hoặc gây dịch chiết loãng.
• Thời gian chiết. Thời gian chiết quá lâu, tỷ lệ hoạt chất không tăng, ngược lại sẽ tăng tỷ lệ tạp chất.

Tinh chế

Loại tạp chất không phải alcaloid:

• Cho 100 ml dung dịch H2SO4 3% vào chai thủy tinh nút kín đựng dịch chiết rút ra lần 1, lắc kỹ. Khuấy 10 phút để hai pha tiếp xúc tốt với nhau. Để yên cho phân lớp. Alcaloid sẽ chuyển sang pha nước dưới dạng muối bisulfat. Gạn bớt lớp dung môi ra, rồi thêm dịch chiết lần 2 vào, lắc kỹ. Tiến hành tương tự với dịch chiết lần 3. Cuối cùng chuyển hỗn hợp vào bình gạn, để phân lớp, rồi gạn lấy lớp nước acid. Lọc trong qua giấy lọc. Dùng cốc thủy tinh 250 ml đựng dịch lọc vừa thu được.
• Phương pháp tinh chế alcaloid toàn phần được sử dụng ở đây đó là chuyển qua lại giữa dạng base và dạng muối. Ở giai đoạn này có thể loại một số tạp chất thân dầu như tinh dầu, chất béo, nhựa, …

Phân lập quinin:

• Nguyên tắc: alcaloid toàn phần trong vỏ canhkina chủ yếu gồm quinin, quinidin, cinchonin và cinchonidin. Muối quinin sulfat (hay còn gọi là muối sulfat basic) rất khó tan trong nước (khoảng 1/800). Trong khi đó, muối sulfat của quinidin, cinchonin và cinchonidin dễ tan trong nước (khoảng 1/80). Do đó, có thể tiến hành phân lập quinin bằng phương pháp kết tinh ở dạng muối sulfat trong nước, dựa vào độ tan khác nhau của các muối, muối sulfat của quinin sẽ tủa lại, còn muối sulfat của quinidin, cinchonin và cinchonidin sẽ tan trong nước cái.
• Tiến hành: Lớp nước acid trên (chứa các alcaloid dạng muối bisulfat) được trung hoà bằng dung dịch Na2CO3 bão hòa ở nhiệt độ cách thuỷ. Vừa nhỏ từ từ dung dịch kiềm vừa khuấy kỹ cho đến khi pH = 6,5. Ở pH này, các alcaloid sẽ tồn tại ở dạng muối sulfat. Để nguội cho kết tinh (khi đó chỉ muối của quinin kết tinh còn muối của các alcaloid khác tan trong nước cái). Lọc lấy tinh thể quinin sulfat bằng chân không qua phễu Buchner (có thể vẩy li tâm để lấy tinh thể) hoặc qua giấy lọc. Rửa tinh thể thu được bằng nước 3 lần, mỗi lần với một lượng nước vừa đủ ngập tinh thể, thu được quinin sulfat thô.

Tẩy màu bằng than hoạt:

Để tẩy màu trước tiên phải chuyển quinin sulfat basic khó tan trong nước sang dạng quinin bisulfat dễ hoà tan trong nước. Do đó, tiến hành cho quinin sulfat thô vào khoảng 60 ml nước, đun nóng cách thủy và thêm H2SO4 3% dần dần, khuấy đều cho tủa tan hết, điều chỉnh đến dung dịch đạt pH = 4, nâng nhiệt độ dung dịch lên 90-100 độ C, thêm 0,3g than hoạt, khuấy liên tục 15-20 phút. Lọc nóng loại than hoạt, rửa bã than bằng 10 ml nước nóng, thu dịch lọc.

Tạo quinin sulfat basic, kết tinh lại sản phẩm:

Dịch lọc được đun nóng, vừa khuấy vừa nhỏ dung dịch Na2CO3 vào đến khi pH dung dịch đạt 6- 6,5. Để nguội kết tinh qua đêm. Lọc lấy tủa, rửa bằng 3 lần bằng nước cất. Đem sấy khô tinh thể ở 60 – 80 độ C đến khô. Chú ý thỉnh thoảng đảo tơi lên để sấy cho nhanh khô. Sản phẩm thu được là quinin sulfat tinh khiết, kết tinh dạng dihydrat (C20H24N2O2)2.H2SO4.2H2O

Bảo quản sản phẩm thu được trong lọ kín, tránh sánh sáng.

An toàn lao động

• Tinh dầu thông dễ bay hơi, gây kích ứng
• Acid sulfuric đặc gây bỏng sâu, nguy hiểm. Acid sulfuric loãng gây kích ứng

Xem thêm: Phương pháp chiết xuất Strychnin từ hạt Mã tiền

Tài liệu tham khảo

Isolation and characterization of quinine from Polygonatum verticillatum: A new marker approach to identify substitution and adulteration, pubmed, truy cập ngày 22/12/2022.