Nghiên cứu chế tạo thiết bị chiết xuất dược liệu báo cáo tổng kết kết quả đề tài kh cn cấp trường (đề tài đặt hàng năm 2012) msđt t kthh 2012 82

TÓM TẮT Trong đề tài này, chúng tôi thiết kế, chế tạo thiết bị chiết dược liệu ở áp suất/nhiệt độ cao sử dụng hơi nước bão hòa làm dung môi, đồng thời ứng dụng thiết bị chế tạo được để t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Báo cáo tổng kết kết quả đề tài KH-CN cấp Trường

(Đề tài đặt hàng năm 2012)

Tên đề tài:

Nghiên cứu chế tạo thiết bị

chiết xuất dược liệu

Thời gian thực hiện đề tài: 1 năm (15/1/2011 – 15/1/2012)

Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Đình Quân

Tp.HCM, 5/2013

Danh sách các cán bộ tham gia thực hiện đề tài

(Ghi rõ học hàm, học vị, đơn vị công tác gồm bộ môn, Khoa/Trung tâm)

1 TS Nguyễn Đình Quân, PTN Năng Lượng Sinh học và Biomass

2 ThS Hoàng Minh Nam, Bộ môn Máy Thiết Bị - Khoa KTHH

3 PGS.TS Phan Đình Tuấn, PTN Năng Lượng Sinh học và Biomass

4 KS Nguyễn Thị Nguyên, Bộ môn Thực phẩm, Khoa KTHH

5 KS Phan Tiến Dũng, Nhà máy Hóa chất Đồng Nai

6 ThS Hoàng Trung Ngôn, Bộ môn Máy Thiết Bị - Khoa KTHH

MỤC LỤC

TÓM TẮT 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1Cây rau ngò om trong đời sống và dược học dân gian 2

1.2 Thành phần hóa học 2

1.3.Rau ngò om trong đời sống dân gian 4

1.4 Ngò om trong dược học dân gian 3

1.5 Những nghiên cứu khoa học về cây rau ngò om 5

1.6 Lý thuyết trích ly rắn lỏng và các phương pháp sản xuất dược liệu bằng trích ly 6

1.7 Các phương pháp trích ly dược liệu 14

1.8 Phương pháp trích ly bằng nước / hơi nước ở nhiệt độ/áp suất cao 17

CHƯƠNG 2 Thiết kế, chế tạo thiết bị và tiến hành thí nghiệm 20

2.1Quy trình thí nghiệm 20

2.2Nguyên liệu 20

2.3Hệ thống trích ly bằng hơi nước cao áp 21

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24

3.1Trình tự thí nghiệm 24

3.2Kết quả thí nghiệm 25

3.3Bàn luận và đánh giá kết quả 29

Chương 4 KẾT LUẬN 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO .31

TÓM TẮT

Trong đề tài này, chúng tôi thiết kế, chế tạo thiết bị chiết dược liệu ở áp suất/nhiệt độ cao sử dụng hơi nước bão hòa làm dung môi, đồng thời ứng dụng thiết bị chế tạo được để tiến hành nghiên cứu và khảo sát khả năng trích ly của hơi nước ở nhiệt độ cao, áp suất cao để trích ly các hợp chất tự nhiên từ cây dược liệu, cụ thể là cây rau ngò om, như một thí dụ

Các thông số của quá trình là (nhiệt độ, áp suất, thời gian trích ly, loại nguyên liệu)

Các kết quả đạt được từ thực nghiệm: Rau ngò om được trích ly ở các nhiệt độ 1200C, 1300C,

1400C áp suất tương ứng là 2,02 kg/cm2, 2,75 kg/cm2 , 3,69 kg/cm2 đạt được hiệu suất trích

ly 85,6%, 86,5% và 89,7% tương ứng, cho thấy được khả năng trích ly của hơi nước đối với các loại hợp chất tự nhiên là rất khả quan

Các kết quả của đề tài này hy vọng có thể mở ra một hướng đi mới cho ngành công nghiệp dược phẩm về chiết xuất các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học ứng dụng trong đời sống

Its has been pointed out that Limnophila aromatica could be well extracted at 1200C, 1300C,

1400C with corresponding preasure of 2,02 kg/cm2, 2,75 kg/cm2 , 3,69 kg/cm2 The extraction efficiency has been counted as 85,6%, 86,5% and 89,7%, showing a promissing extraction process for many natural compunds, and the designed equipment system is proved

as a good and suitable choice for the purpose

The research result has opened a new method for better production of bioactive pharmaceutical compounds from natural material

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Cây rau ngò om trong đời sống và dược học dân gian

Giới thiệu cây rau ngò om

Tên khoa học : Limnophila aromatica thuộc họ thực vật Scrophulariaceae

cm, thuôn ở gốc, nhọn ở đầu Mép có khía răng thưa Hai mặt của phiến nhẵn, gân giữa lồi

rõ Cuống rất ngắn Hoa màu trắng, hồng hay lam-tím nhạt, mọc đơn độc ỡ kẽ những lá gần phía đầu ngọn Hoa lớn 1-1.5 cm

Cuống hoa dài 1cm, lá bắc hình sợi ngắn, lá đài hình chuông Quả thuộc loại nang, hình trứng, lớn chừng 6 mm, màu đen nhạt nằm trong đài, chứa nhiều hạt

Ngò Om là loài phân bố tự nhiên tại vùng nhiệt đới Ấn Độ, Sri Lanka, Trung Hoa, Nhật, Triều Tiên, Việt Nam, Lào, Kampuchea, Thái, Philippines, Bắc Australia Cây mọc hoang tại

ao, rạch mương và được trồng nơi đất ẩm để làm gia vị

Rau om còn được giới nuôi cá cảnh trồng như một thực vật thủy sinh trong các bồn, bể kiếng thả cá Chủng trồng (cultivar) được chọn là L aromatica var hippirudoides, lá dài và hẹp chuyển từ màu xanh sang đỏ khi thả lâu trong hồ nuôi cá.[1-5]

1.2 Thành phần hóa học

Theo Lưu Thị Cúc và Phó Đức Thuần trong rau om Limnophila aromatica có tinh dầu, flavonoit, cumarin, axit hữu cơ, đường khử.[1]

Bảng 0-1: Thành phần trong tinh dầu ngò om

Công thức cấu tạo của một số hợp chất trong rau ngò om:

Z-Ocimene Terpinolene Camphor

beta- myrcene Limonene alpha-caryophyllene

alpha-pinene beta-farnesene

Flavonoids cumarin oxalic

1.3 Rau ngò om trong đời sống dân gian

Ngò om được dùng làm rau thơm, có thể ăn sống (phở, hủ tiếu) hay nấu canh chua Theo các sách dạy nấu ăn Âu - Mỹ thì rau Om hầu như chỉ được dùng trong vùng Đông Nam Á Giới

“ăn uống” cho rằng rau Om có vị giữa quế và cumin, đồng thời thoảng nhẹ thêm mùi chanh Ernest Small (Top100 Exotic food Plants) cho rằng Ngò om là “bí quyết” của món canh chua

cá của miền Nam Việt Nam giúp phân biệt với canh chua tôm yum của Thái (thường nấu với tôm, thêm vị chua do dứa và chanh) Món Samlor Machu Trey của Campuchia được xem là gần như canh chua VN, cũng dùng thêm Ngò om Ngò om cũng được “gia thêm” vào món cà

ri, nhất là cà ri gà VN.[2]

1.4 Ngò om trong dược học dân gian

Theo kinh nghiệm dân gian tại một số quốc gia châu Á:

Việt Nam:

Ngò om được xem là có vị cay, hơi chát, tính mát, mùi thơm, có tác dụng thanh nhiệt, chỉ khái, giải độc, tiêu thũng, trừ viêm Rễ có tác dụng làm giãn cơ phủ tạng nên trị được đau bụng

Trị ho cảm (sắc 15 - 30 g cây tươi, uống), trị vết thương ngoài da gây mủ, (giã nát cây tươi, đắp lên vết thương), trị rắn cắn

Trị sạn thận (50 - 100 g rau tươi xay sinh tố uống mỗi ngày, trong 15 - 30 ngày Có thể nấu với 2 chén nước, sôi 20 phút và ăn như canh).[1]

Lá rau Om được dùng làm thuốc đắp trị đau nhức chân Rễ và lá, sắc chung để trị nóng sốt, thông đờm khi ho

1.5 Những nghiên cứu khoa học về cây rau ngò om

- Hoạt tính chống oxy hóa

Nghiên cứu phối hợp giữa hai ĐH Mahidol University, Bangkok (Thái Lan) và ĐH y dược Toyama (Nhật) ghi nhận nước chiết L aromatica (Ngò om) bằng methanol và các tinh dầu của L aromatica có khả năng thu các gốc tự do, các gốc NO và chống được phản ứng per-oxy hóa lipid

Hoạt tính chống oxy hóa của nước chiết bằng methanol mạnh hơn các tinh dầu

Hoạt tính ức chế lipid peroxydation của nước chiết methanol (IC50 = 133 microg/ml) được

so sánh với Trolox (thuốc dùng làm tiêu chuẩn, có IC50 = 6,57 microg/ml) Hoạt tính thu nhặt các gốc NO dùng Curcumin làm chất chuẩn.[6]

- Hoạt tính chống sưng

Nghiên cứu khác, cũng tại ĐH Mahidol (Thái Lan) ghi nhận nước chiết bằng methanol Ngò

om (L aromatica) ngoài hoạt tính ức chế sự tạo NO, còn ức chế sự tạo TNF-alpha (Tumor necrosis factor) khi thử trên các tế bào macrophage của chuột dòng RAW 264,7 (NO và TNF-alpha là 2 chất quan trọng trong tiến trình sưng đau) Ngò om có tác dụng chống sưng đau [6]

- Hoạt tính kháng khuẩn

Flavonoid trong Ngò om: nevadensin và isothymusin ly trích từ Ngò om, có những hoạt tính diệt khuẩn khi thử trên các vi khuẩn Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus (MIC = 250 microg/ml), E coli (MIC = 200 microg/ml), Salmonella typhimurium

Hoạt tính diệt khuẩn được giải thích là do tác động ức chế các men phophofructo kinase, dehydrogenase cần thiết cho sự tạo tế bào nơi vi khuẩn (Chemistry & Biodiversity số 8-2011) (Như vậy Ngò om sát trùng đường ruột và đường tiểu rất tốt)

Nevadensin và isothymusin cũng ngăn chặn được sự tăng trưởng của vi trùng lao Mycobacterium tuberculosis chủng H37-Ra, tuy nhiên hoạt tính này tương đối yếu (MIC =

200 microg/mL) khi so sánh với rifampicin (MIC = 0,003 - 0,0047) và isoniazid (0,025 - 0,5), kanamycin (1,25 - 2,5).[6]

- Hoạt tính diệt tế bào ung thư

Nevadensin có hoạt tính diệt tế bào khi thử trên các tế bào ung thư Dalton lymphoma, và ung

thư Ehrlich nơi chuột (Swiss albino) Hoạt tính diệt tế bào lên đến 100% ở nồng độ 75

microg/mL.[6]

1.6 Lý thuyết trích ly rắn lỏng và các phương pháp sản xuất dược liệu bằng trích ly

- Lý thuyết trích ly rắn lỏng

Khái niệm:

Trích ly là quá trình thu hồi một hay một vài cấu tử từ vật liệu rắn bằng cách hòa tan chúng

một cách có chọn lọc vào chất lỏng gọi là tác nhân ( hay dung môi chiết) chiết

Các cấu tử cần thu hồi được chưa trong các bọt xốp của vật rắn dưới dạng chất hòa tan, như

các túi tinh dầu trong lá cây hay dạng rắn như các vẩy vàng trong quặng , khi đó người ta gọi

là chiết chất hòa tan và chiết chất rắn

Khi trích ly chất hòa tan , nó được giữ trong cấu trúc xốp của vật rắn và khuếch tán vào pha

lỏng Nồng độ các cấu tử này trong các lỗ xốp giảm liên tục, trong dung môi sẽ tăng Nếu

tiến hành theo nguyên tắc ngược dòng sẽ đạt được độ thu hồi cao Cơ chế quá trình trích ly

chất rắn là phức tạp , nó gồm 3 giai đoạn chính

1- Dung môi xâm nhập vào các lỗ xốp của vật rắn

2- Hòa tan các cấu tử quí ( chất cần trích ly) vào tác nhân

3- Khuếch tán các cấu tử đã hòa tan vào pha lòng

Tốc độ chung của quá trình quyết định bởi giai đoạn chậm chất , nó phụ thuộc vào nhiều yếu

tố , trong đó khuếch tán phân tử của chất bị trích ly trong chất lỏng đứng yên chứa trong các

lỗ xốp đến bề mặt vật rắn là chậm hơn quá trình hòa tan Khi hòa tan các chất tiếp xúc trực

tiếp với chất lỏng đứng yên có trở lực khuếch tán không lớn

Phương pháp đơn giản để cường hóa quá trình là làm giảm kích thước các phần tử, nhưng

phương pháp này gặp khó khăn khi nghiền nhỏ trước khi trích ly và tách dung dịch khỏi pha

rắn ( bã) sau trích ly Thực tế cho thấy khi độ mịn ( nhỏ) của các phần tử tăng làm tăng công

suất tiêu hao cho máy nghiền , và khó tách chất rắn bằng lắng hay lọc

Hòa tan là quá trình khuếch tán từ bề mặt các phần tử rắn vào dung dịch Hệ sẽ gồm dung

môi và chất tan, khi hòa tan vật lý đơn thuần sẽ tiến hành quá trình ngược bằng kết tinh, còn

hòa tan hóa học là phản ứng hóa học dị thể, không thể thu lại chát hòa tan ban đầu bằng kết

tinh

Vật rắn có chứa dung dịch các cấu tử quí trong lỗ xốp , khi trích ly các cấu tử này khuếch tán

xuyên qua cấu trúc xốp và pha lỏng, đường đính lỗ xốp thường nhỏ và chất lỏng trong thực tế

đứng yên nên sự vận chuyển là khuếch tán phân tử

Vật rắn xốp có nhiều loại, trong đó có thể chia thành cấu trúc đẳng hướng ( vận chuyển

khuếch tán mọi hướng là như nhau) và không đẳng hướng có cấu trúc đều và không đều.[10]

- Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan

Trong đa số các trường hợp quá trình hòa tan của chất rắn vào pha lỏng bị giới hạn bởi độ

hòa tan Đó là nồng độ cực đại của chất rắn trong dung dịch ở nhiệt độ đã cho, gọi là nồng độ

bão hòa Độ hòa tan phụ thuộc vào tính chất hóa lý của chất tan, dung môi và nhiệt độ.Chính

độ hòa tan là thông số công nghệ qua trọng của quá trình và ảnh hưởng lớn đến tốc độ hòa tan

Theo nhiệt động học , cân bằng đạt được khi thế hóa học của chất tan trong dung dịch và chất rắn bằng nhau Từ mối quan hệ này có thể xác định được độ hòa tan, nhưng nó lại phụ thuộc vào nhiệt độ, nên được xác định bằng thực nghiệm

Mật độ dòng vật chất từ pha rắn vào pha lỏng ( tốc độ hòa tan) tỷ lệ với nồng độ chưa bão hòa của dung dịch:

* 2

- Β- Hệ số cấp khối trong dung dịch ( m/s)

- F - Bề mặt tiếp xúc từ đầu giữa hai pha (m2)

- τ – Thời gian ( s)

- C*, C2 – nồng độ bão hòa và hiện thời của dung dịch ( kg/m3)

- Khi hòa tan, nồng độ thay đổi theo thời gian ( quá trình gián đoạn) hay chiều dài thiết

bị ( quá trình liên tục ), nên ta kết hợp với cân bằng vật chất của quá trình

- Đối với quá trình gián đoạn M0−M V C= ( 2−C20)

- Đối với quá trình liên tục: M0−M V C= ( 22−C2)

- Trong đó:

- V – thể tích dung môi ( m3)

- M0 – khối lượng ban đầu (kg)

- C20, C22 – nồng độ ban đầu và đầu ra ( quá trình liên tục ) của dung dịch ( kg/m3)

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hòa tan của chất rắn trong pha lỏng

Độ tan của chất rắn trong pha lỏng phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

Bản chất của các chất tan và bản chất của dung môi ảnh hưởng lớn đến độ ta, hiện tượng này chỉ có thể nghiên cứu trên những hiểu biết về cấu tạo chất , song cho đến nay điều này vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ; tuy nhiên có thể áp dụng một số quy luật: các chất tan dễ hòa tan vào dung môi có bản chất giống với nó Các chất tan phân cực dễ tan vào các dung môi phân cực: như muối ăn, ure, axit dễ hòa tan vào nước, etanol… Các chất ít phân cực hoặc không phân cực dễ hòa tan vào dung mội ít phân cực hoặc không phân cực: như naphtalen, parafin… dễ hòa tan trong các hydrocacbon

Trong thực tế có nhiều trường hợp không thể giải thích một cách đơn giản , như sự khác biết

về độ hòa tan của các chất tưởng như rất giống nhau: Ở 200 C , 1 lít nước có thể hòa tan được

2570 g AgNO3 song lại chỉ hòa tan được 0,0018 g AgCl

Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến độ hòa tan của các chất rắn trong pha lỏng , yếu tố này được công thức hóa trong phương trình Sreder

Áp xuất hầu như không có ảnh hưởng đến độ hòa tan của các chất rắn trong pha lỏng

Độ hòa tan của các chất còn phụ thuộc vào sự có mặt của các chất tan khác trong dung dịch

Ta xét các hệ hòa tan ở nhiệt độ và áp suất không đổi ( T, P =const) ta có quy tắc pha Gibbs được viết :

C= k-f

Nếu hệ gồm 3 cấu tử : ( dung môi + chất tan 2 + chất tan 3) và giả sử dung dịch đã bão hòa chất tan 2, khi đó hệ sẽ gồm 2 pha là dung dịch chưa bão hòa chất tan 3 nằm cân bằng với chất tan 2 dụng rắn nguyên chất : 3=3-2=1, điều này có nghĩa là độ hòa tan của chất tan 2 phụ thuộc vào nồng độ của chất tan 3

Nếu cả hai chất tan đều đã bão hòa , hệ sẽ bao gồm 3 pha và có độ tự do c=3-3-0, nghĩa là độ hòa tan đồng thời của hai chất tan chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ hòa tan của chất rắn trong pha lỏng

Từ đó nhận xét: Quá trình nóng chảy là quá trình thu nhiệt nên λi >0 , từ đó suy ra

ln /x dT i >0, do đó độ hòa tan của chất rắn trong pha lỏng tăng theo nhiệt độ ( khác với độ hòa tan của các chất khi nói chung)

Nếu lấy tích phân và xem nhiệt nóng chảy là hằng số (λ=const) ta được:

- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly dược liệu

+ Thành phần cấu tạo của dược liệu

Màng tế bào dược liệu :

Màng tế bào dược liệu có ảnh hưởng nhiều đến quá trình khuếch tán Khi còn sống, đó là nơi xảy ra quá trình trao đổi chất có tính chọn lọc Khi chết đó là nơi sảy ra các hiện hượng khuếch tán, thẩm thấu, thẩm tích…

Màng tế bào có cấu tạo không ổn định, có thể bị thay đổi tính chất vật lý và hóa học để đáp ứng những chức phận sinh lý đặc biệt mà nó đảm nhiệm ( hóa gỗ, hóa khoáng, phủ sáp…) Những sự thay đổi này có thể sảy ra từng phần hoặc toàn phần ở màng tế bào và thường thay đổi nhiều ở thực vật đã già

Đối với thực vật còn non hay mỏng mềm như cỏ cây, hoa lá, thành phần của màng tế bào chủ yếu là cellulose Celluose có tính chất không tan trong nước và không tan trong các dung môi khác, bề vững ở nhiệt độ cao , có tính mềm dẻo đàn hồi Đối với loại này, dung môi dễ thấm vào dược liệu, do đó chỉ cần xay thô dược liệu Nếu xay mịn, deexo kéo theo nhiều tạp chất vào dịch chiết

Đối với dược liệu đã già , rắn chắc như hạt, gỗ, rễ, vỏ thân…thì màng tế bào trở nên dày và

có thể sảy ra những biến đổi sau:

Màng tế bào có thể bị hóa bần, hóa cutin, hoặc có thể bị phủ thêm một lớp sáp, đó là những chất có bản chất lipid, có tính chất không thấm nước và khí, đo dó dung môi khó thấm vào dược liệu

Màng tế bào có thể bị phủ thêm lớp chất nhầy Chất nhầy tan được trong nước nhưng khi hút nước nó bị trương nở và trở nên nhớt, làm bít kín các ống mao quản trên màng tế bào, gây cản trở sự thấm hút của dung môi, cản trở quá trình khuếch tán

Do đó đối với những dược liệu đã già, rắn chắc, nên xay nhỏ dược liệu, tạo điều kiện cho dung môi dễ thấm ướt dược liệu, chất tan dễ khuếch tán vào dung môi

Chất nguyên sinh:

Chất nguyên sinh có thành phần hóa học phức tạp và không ổn định

Chất nguyên sinh có tính nhớt, tính đàn hồi, không tan trong nước, không màu và không bề với nhiệt ở 50-600C, chúnng bị mất hoạt tính sinh học ( trừ trường hợp ở những hạt khô, quả khô, chất nguyên sinh có thể chịu được tới 80-1050C) Có thể nói chất nguyên sinh là một môi trường dị thể phức tạp, có thể coi đó là một hệ keo nhiều pha, tạo thành từ những trường

hợp cao phân tử, phân tán trong môi trường nước (ví dụ : giọt dầu, giọt mỡ, hạt tinh bột, hạt tinh thể…)

Chất nguyên sinh có tính bán thấm, có nghĩa là chỉ thấm qua đối với dung môi mà không cho chất tan đi qua Do đó để chiết được các chất tan trong tế bào, người ta phải tìm cách phá hủy các chất nguyên sinh bằng cách làm đông vón chúng bằng nhiệt ( sấy hoặc phơi khô) hoặc bằng cồn ( hơi hoặc cồn nóng)

Một số tạp chất có thể có trong dược liệu

Đó là sản phẩm của quá trình trao đổi chất, là chất dự trữ hoặc chất thải của cây Các chất này thường gây cản trở hoặc cũng có khi có tác dụng thuận lợi cho quá trình chiết xuất Dưới đây là một số ví dụ

Đối với những dược liệu chứa nhiều pectin, gôm hoặc chất nhầy:

Đó là những chất tan được trong nước, và khi tan trong nước thì bị trương nở , tạo dung dịch keo, làm tăng độ nhớt, gây cản trở quá trình chiết xuất Có thể loại các chất này bằng cách cho kết tủa trong cồn cao độ

Đối với những dược liệu chứa nhiều tinh bột:

Tinh bột có tính chất không tan trong nước lạnh, những ở nhiệt độ cao tinh bột bị hồ hóa, làm tăng độ nhớt của dung dịch, gây cản trở cho quá trình chiết xuất Do đó đối với những dược liệu loại này, không nên xay dược liệu quá mịn, tránh giải phóng ra nhiều tinh bột và không nên chiết ở nhiệt độ cao để tránh bị hồ hóa

Đối với những dược liệu chứa chất béo, dầu mỡ, tinh dầu , sáp , nhựa:

Đó là những chất không tan trong nước và thường tan trong các dung môi không phân cực Nếu dùng dung môi chiết là nước, các chất này sẽ làm dung môi khó thấm được vào dược liệu, gây cản trở quá trình chiết xuất, dó đó cần phải loại chúng đi bằng các dung môi thích hợp trước khi chiết.Nếu dùng các dung môi không phân cực để chiết, dịch chiết sẽ lẫn nhiều tạp, những tạp này sẽ bị loại đi trong giai đoạn tinh chế

Đối với những dược liệu chứa enzym:

Enzym có bản chất là protein, ở nhiệt độ 60-700C enzym bị mất hoạt tính, còn ở nhiệt độ lạnh, enzym chỉ bị ngừng hoạt động, sau đó nếu nâng đến nhiệt độ thích hộp thì enzym lại được phục hồi Tùy từng trường hợp cụ thể mà enzym có thể gây cản trở hoặc cũng có khi tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết xuất Ví dụ : Glysosid trong cây bao gồm hai phần

là phần đường và phần không được Dưới tác dụng của enzym vốn có sẵn trong dược liệu, gặp điều kiện thuận lợi, glycosid sẽ bị thủy phân, mạch đường sẽ bị cắt một phần hoặc toàn phần, làm thay đổi độ phân cực của glycosid, làm cho glycosid ít tan trong nước hơn Có trường hợp người ta cần glycosid thứ cấp ( đã bị cắt bớt một phần hoặc toàn phần đường), lúc

đó người ta sẽ tạo điều kiện cho enzym hoạt động bằng cách vò nát, cắt nhỏ dược liệu, ủ dược liệu thành đống và tạo nhiệt độ thích hợp ( 30-400C) Cũng có trường hợp người ta cần glycosid sơ cấp ( chưa bị thủy phân) , khi đó người ta lại phải diệt enzym để tránh cho glycosid khỏi bị thủy phân

Có ba phương pháp để diệt enzym:

Phương pháp nhiệt ướt: nhúng dược liệu vào lỏng sôi ( nước sôi hoặc cồn sôi)

Phương pháp nhiệt ẩm: cho dược liệ qua hơi ẩm ( hơi nước sôi hay hơi cồn sôi)

Phương pháp nhiệt khô: cho dược liệu qua luồng không khí nóng

Dựa vào độ phân cực của dung môi người ta phân loại như sau

Dung môi không phân cực: ether dầu hỏa, xăng, hexan, heptan, benzen, toluen…

Dung môi phân cực yếu và vừa: chloroform, diclorethan, aceton, ethylacetat…

Dung môi phân cực mạnh : nước, glycerin, các loại cồn có mạch cacbon ngắn ( methanol, ethanol, isopropanol…)

Độ nhớt, sức căng bề mặt của dung môi

Dung môi có độ nhớt càng thấp hoặc có sức căng bề mặt càng nhỏ thì dung môi dễ thấm vào dược iệu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết xuất và ngược lại

Dưới đây là độ nhớt (η) và sức căng bề mặt (δ) của một số dung môi thường gặp ở nhiệt độ phòng theo thứ tự tăng dần

Bảng 0-2: Độ nhớt và sức căng bề mặt của một số dung môi thường gặp

Những yếu tố kỹ thuật

Đó là những yếu tố có thể thay đổi bằng các biện pháp kỹ thuật khác nhau, nhằm tạo ra những điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết xuất như nhiệt độ, thời gian, độ mịn của dược liệu, khuấy trộn, siêu âm…

Nhiệt độ chiết xuất

Theo công thức tính hệ số khuếch tán của Einstein , khi nhiệt độ tăng thì hệ số khuếch tán cũng tăng, do đó theo định luật Fick, lượng chất khuếch tán cũng tăng lên Hơn nữa, khi nhiệt

độ tăng thì độ nhớt của dung môi giảm, do đó sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết xuất trong một số trường hợp sau:

Đối với những hợp chất kém bền ở nhiệt độ cao : nhiệt độ tăng cao sẽ gây phá hủy một số chất như vitamin, glycosid, alcaloid…

Đối với tạp: khi nhiệt độ tăng, không chỉ độ tan của hoạt chất tăng mà độ tan của tạp đồng thời cũng tăng theo, dịch chiết sẽ bị lẫn nhiều tạp Nhất là đối với một số tạp như gôm, chất nhầy… khi tăng nhiệt độ sẽ bị trương nở, tinh bột bị hồ hóa, độ nhớt của dịch chiết sẽ bị tăng, gây khó khăn cho quá trình chiết xuất tinh chế

Đối với dung môi dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp: khi tăng nhiệt độ thì dung môi dễ bị hao hụt, khi đó thiết bị phải kín và phải có bộ phận hồi lưu dung môi

Đối với một số chất đặc biệt có quá trình hòa tan tỏa nhiệt: khi nhiệt độ tăng, độ tan của chúng bị giảm Do đó để tăng độ tan thì cần phải làm giảm nhiệt độ

Từ những phân tích trên ta thấy tùy trường hợp cụ thể mà cần lựa chọn nhiệt độ sao cho phù hợp ( tùy thuộc các yếu tố như dược liệu, dung môi, phương pháp chiết xuất…)

Thời gian chiết xuất

Khi bắt đầu chiết , các chất có phân tử lượng nhỏ ( thường là hoạt chất) sẽ được hòa tan và khuếch tán và dung môi trước, sau đó mới đến các chất có phân tử lượng lớn ( thường là tạp như nhựa , keo…) Do đó, nếu thời gian chiết ngãn sẽ không chiết được hết các hoạt chất trong dược liệu, nhưng nếu thời gian chiết quá dài, dịch chiết sẽ bị lẫn nhiều tạp, gây bất lợi cho quá trình tinh chế và bảo quản Tóm lại cần phản lựa chọn thời gian chiết xuất sao cho phù hợp với thành phần của dược liệu, dung môi, phương pháp chiết xuất

Độ mịn của dược liệu

Kích thước dược liệu thô úa, dung môi sẽ khó thấm ướt dược liệu, hoạt chất khó được chiết vào dung môi Khi độ mịn dược liệu tăng lên, bề mặt tiếp xúc giữa dược liệu và dung môi tăng lên Theo định luật Fick, lượng chất khuếch tán và dung môi sẽ tăng lên, do đó thời gian chiết xuất sẽ nhanh hơn

Tuy trong thực tế nếu xay dược liệu quá mịn sẽ gây ra một số bất lợi cho quá trình chiết như sau:

Khi ngâm dược liệu vào dung môi, bột dược liệu bị dính bết vào nhau, tạo thành dạng bột nhão, vón cục Do đó, sẽ khuấy trộn giữa dược liệu và dung môi, quá trình chiết xuất sảy ra

bị chậm lại Mặt khác, vì bột dược liệu bị dính bết vào nhau nên khi rút dịch chiết , dịch chiết

bị chảy chậm hoặc không chảy được

Khi bột dược liệu quá mịn, nhiều tế báo thực vật bị phá hủy, dịch chiết bị lẫn nhiều tạp, gây khó khăn cho quá trình tinh chết bảo quản

Từ những phân tích trên ta thấy cần phải lựa chọn độ mịn của dược liệu sao cho thích hợp, tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể, tùy thuộc vào dược liệu , dung môi, phương pháp chiết… Ví dụ:

Đối với dược liệu mỏng manh như hoa, lá, cây cỏ… hoặc đối với dược liệu chứa nhiều chất nhầy, nhựa, chất keo… thì không nên xay dược liệu quá mịnh mà chỉ nên xay thô dược liệu Đối với những dược liệu đã già, dược liệu rắn chắc như các loại hạt, rễ, thân gỗ… cần phải xay mịn hơn.Đối với trường hộp dùng loại dung môi dễ hòa tan nhiều tạp, tránh xay được liệu quá mịn Đối với trường hợp chiết xuất ở nhiệt độ cao, cũng nên tránh xay dược liệu quá mịnh để tránh đưa nhiều tạp chất vào dịch chiết

Khuấy trộn

Khi dung môi tiếp xúc với dược liệu, dung môi sẽ thẩm thấu vào dược liệu, hòa tan chất tan, chất tan sẽ khuếch tán từ dược liệu vào dung môi qua màng tế bào Sau một thời gian khuếch tán, nồng độ chất tan trong tế bào giảm dần, nồng độ chất tan trong lớp dung môi tăng dần, chênh lệch nồng độ giữa trong và ngoài tế bào giảm dần, tốc độ quá trình khuếch tán cũng giảm dần, đến một lúc nào đó sẽ xảy ra quá trình cân bằng động giữa hay pha Như vậy nếu không có khuấy trộn thì quá trình khuếch tán sẽ xảy ra rất chậm Theo định luật Fick, chenh lệch nồng độ giữa hai pha là động lực quá trình khuếch tán

Do đó muốn tăng cường quá trình khuếch tán, cần phải tạo ra chênh lệch nồng độ bằng cách

di chuyển lớp dịch chiết ở phía sát màng tế bào ( nơi có nồng độ cao hơn) ra phá xa hơn và di chuyển lớp dung môi ở phía xa ( nơi có nồng độ thấp hơn) đến sát màng tế bào Điều này được thực hiện bằng cách khuấy trộn Như vậy bằng cách khuấy trộn, người ta đã tăng cường tốc độ khuếch tán

Tùy từng trường hợp cụ thể mà người ta chọn loại cấu tạo cánh khuấy và tốc độ khuấy sao cho phù hợp Ví dụ:

Nếu dược liệu là hoa lá , chỉ cần tốc độ khuấy nhỏ, không nên khuấy mạnh tránh cho dược liệu khỏi bị dập nát gẫy vụn, tránh đưa nhiều tạp chất vào dịch chiết

Nếu dược liệu cứng chắc như hạt, rễ, thân gỗ… cần phải chọn loại cánh khuấy khỏe, tốc độ khuấy mạnh

Ngoài những yếu tố kể trên còn một số yếu tố khác cũng gây ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất như áp suất, pH môi trường, chấn động cơ học, dòng điện cao áp…[12]