Các phương pháp chiết xuất dược liệu trong sản xuất thuốc

Tìm hiểu quy trình sản xuất thuốc từ dược liệu. Khám phá các phương pháp chiết xuất dược liệu hiệu quả, đảm bảo chất lượng thuốc tốt nhất.

• Chuyên ngành: Dược liệu
• Đề tài: Chiết xuất dược liệu: Phương pháp sản xuất thuốc
• Loại tài liệu: Bài giảng/Tài liệu học tập

Mục lục chi tiết

• THUẬT NGỮ CẦN PHÂN BIỆT
• 2. CHIẾT XUẤT
• 2.1. Là phương pháp sử dụng dung môi để lấy các chất tan ra khỏi mô thực vật
• 2.2. Gồm 3 quá trình
• 3. Các cơ sở khoa học
• 3.1. Bản chất của chất hòa tan
• 4. Các nhóm hợp chất thường gặp trong dược liệu
• 5. Các cơ sở khoa học
• 5.1. Cấu tạo tế bào thực vật
• 6. Quá trình chiết trong tế bào thực vật
• 7. Các cơ sở khoa học
• 7.1. Các chất giống nhau thì tan trong nhau
• 8. Các cơ sở khoa học
• 8.1. Dung môi chiết xuất
• 9. Các cơ sở khoa học
• 9.1. Bản chất của sự chiết xuất
• 10. Sự hòa tan
• 11. Sự khuếch tán & thẩm thấu
• 12. Các dạng khuếch tán qua vách tế bào
• 14. Phân loại các phương pháp chiết xuất
• 14.1. Theo quy mô chiết
• 14.2. Theo dung môi chiết
• 14.3. Theo kỹ thuật chiết
• 15. Các kỹ thuật chiết trong công nghiệp
• 16. Chiết không liên tục
• 17. Chiết liên tục
• 18. Các kỹ thuật chiết trong nghiên cứu
• 18.1. Nhiệt độ thường
• 18.2. Nhiệt độ cao
• 19. Phương pháp ngấm kiệt đơn giản
• 20. Phương pháp ngấm kiệt ngược dòng
• 21. Phương pháp chiết ở nhiệt độ cao
• 21.1. Chiết Soxhlet
• 21.2. Chiết đun hồi lưu
• 22. Phương pháp chiết Soxhlet
• 23. Phương pháp chiết ở nhiệt độ cao
• 23.1. Hầm là phương pháp ngâm có gia nhiệt đối với chất cần chiết.
• 23.2. Hãm là phương pháp bào chế chế phẩm lỏng bằng cách chiết các chất trong dược liệu bằng nước nóng hay lạnh.
• 23.3. Sắc là phương pháp bào chế các chế phẩm lỏng bằng cách đun sôi nước để chiết các chất trong dược liệu, khác với hãm chỉ chế nước sôi vào dược liệu.
• 24. Các kỹ thuật chiết đặc biệt
• 24.1. Chiết với sự hỗ trợ của siêu âm (Ultrasound Assisted Extraction, UAE)
• 24.2. Chiết với sự hỗ trợ của vi sóng (Microwave Assisted Extraction, MAE)
• 24.3. Chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn (Supercritical Fluid Extraction, SFE)
• 24.4. Chiết dưới áp suất cao (Pressurized liquid extract, PLE)
• 25. Phương pháp chiết với siêu âm (Ultrasound Assisted Extraction, UAE)
• 25.1. Siêu âm là 1 dạng sóng điện từ cao tần (> 20 KHz) mà tai người không nghe được (1 – 16 KHz).
• 25.2. Dưới tác dụng của siêu âm:
• 26. Phương pháp chiết với siêu âm (Ultrasound Assisted Extraction, UAE)
• 26.1. Quá trình chiết siêu âm:
• 27. Dụng cụ chiết siêu âm
• 28. Phương pháp chiết với siêu âm
• 29. Phương pháp chiết với vi sóng (Microwave Assisted Extraction, MAE)
• 29.1. Vi sóng là một dạng sóng điện từ có bước sóng từ 1 – 100 cm, tần số 300 – 30.000 MHz, trong đó tần số dân dụng, gia dụng quy chuẩn là 2450 MHz.
• 29.2. Vi sóng có thể xuyên thấu các cấu trúc rắn, lỏng, khí và bị phản xạ bởi kim loại.
• 29.3. Nguyên tắc chiết với vi sóng:
• 30. Độ xuyên thấu (d) của vi sóng (2450 MHz)
• 31. Phương pháp chiết lỏng siêu tới hạn
• 31.1. Vùng siêu tới hạn là vùng lưu chất ở trạng thái trung gian giữa lỏng và khí.
• 31.2. Mỗi loại lưu chất có điểm tới hạn S riêng (điểm cực tiểu về nhiệt độ và áp suất) của trạng thái siêu tới hạn).
• 32. Phương pháp chiết lỏng siêu tới hạn (Supercritical Fluid Extraction, SFE)
• 32.1. Siêu tới hạn là trạng thái tại đó 1 dung môi
• 33. Các dung môi siêu tới hạn
• 34. So sánh các dung môi siêu tới hạn
• 35. Bộ chiết siêu tới hạn
• 36. Khả năng ứng dụng của SFE
• 36.1. Ưu điểm: SFE là một phương pháp hiện đang được quan tâm
• 36.2. Nhược điểm:
• 37. Phương pháp chiết dưới áp suất cao (Pressurized liquid extract, PLE)
• 37.1. Khả năng hòa tan của các chất phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì khả năng hòa tan các chất tăng ( nhiệt độ tăng 10 oC thì khả năng hòa tan tăng 1,5 lần), tuy nhiên việc tăng nhiệt độ chiết có giới hạn do nhiệt độ sôi của dung môi  chiết xuất dưới áp suất cao để tăng nhiệt độ sôi của chất lỏng (nhiệt độ chiết có thể thay đổi từ 80 – 200 oC, áp suất có thể tới 150 bar tùy dung môi và chất chiết)
• 37.2. Ưu điểm so với SFE:
• 38. Soxhlet UAE MAE SFE PLE
• 38.1. Nguyên tắc
• 38.2. Lượng mẫu
• 38.3. Dung môi
• 38.4. Nhiệt độ
• 38.5. P H%
• 38.6. Thời gian
• 38.7. Quy mô
• 38.8. Nhược điểm

Tóm tắt

I. Chiết xuất dược liệu là gì Tổng quan phương pháp sản xuất

Chiết xuất dược liệu là quá trình sử dụng dung môi để tách các hoạt chất sinh học có giá trị từ nguyên liệu dược phẩm thô. Quá trình này bao gồm ba giai đoạn chính: thẩm thấu, hòa tan và khuếch tán. Bản chất của chất tan, dung môi, nhiệt độ và áp suất đều ảnh hưởng đến hiệu quả chiết xuất. Các dược liệu có thể chứa nhiều loại hợp chất khác nhau, từ tinh dầu đến polysaccharid, mỗi loại có độ phân cực và tính chất hóa học riêng. Việc lựa chọn phương pháp và dung môi chiết xuất phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo thu được dịch chiết chất lượng cao và hiệu suất tối ưu. Các phương pháp chiết xuất khác nhau phù hợp với các loại dược liệu và mục đích sử dụng khác nhau, từ sản xuất dược phẩm thảo dược đến nghiên cứu khoa học. Ví dụ, việc ngâm dược liệu trong ethanol thường được sử dụng để chiết các hợp chất phân cực trung bình, trong khi chiết xuất bằng hexane thích hợp cho các hợp chất không phân cực. Quy trình này đóng vai trò quan trọng trong sản xuất dược phẩm.

1.1. Định nghĩa chiết xuất dược liệu và tầm quan trọng

Chiết xuất dược liệu được định nghĩa là quá trình sử dụng dung môi để thu hồi các hợp chất có hoạt tính sinh học từ dược liệu. Quá trình này đóng vai trò then chốt trong việc tạo ra các sản phẩm dược phẩm từ thiên nhiên và các chế phẩm bổ sung sức khỏe. Chiết xuất hiệu quả giúp tập trung các thành phần mong muốn, loại bỏ các tạp chất không cần thiết, và cải thiện tính khả dụng sinh học của các hoạt chất sinh học.

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chiết xuất dược liệu

Hiệu suất chiết xuất chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm bản chất của dược liệu, loại dung môi, nhiệt độ, thời gian và tỷ lệ dung môi so với dược liệu. Độ mịn của dược liệu cũng rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến diện tích tiếp xúc giữa dược liệu và dung môi. Theo nghiên cứu, việc sử dụng dung môi phù hợp với độ phân cực của hoạt chất sinh học mong muốn sẽ mang lại hiệu suất chiết xuất cao nhất.

II. Thách thức trong chiết xuất dược liệu sản xuất thuốc hiệu quả

Mặc dù chiết xuất dược liệu là một quy trình quan trọng, nhưng nó cũng đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là việc lựa chọn dung môi chiết xuất phù hợp. Dung môi phải có khả năng hòa tan hoạt chất sinh học mong muốn, đồng thời ít độc hại và dễ dàng loại bỏ sau khi chiết xuất. Bên cạnh đó, quá trình chiết xuất có thể làm biến đổi hoặc phá hủy các hoạt chất sinh học nhạy cảm với nhiệt độ hoặc ánh sáng. Việc kiểm soát chất lượng của dược liệu đầu vào cũng là một thách thức, vì sự khác biệt về nguồn gốc, điều kiện trồng trọt và thu hoạch có thể ảnh hưởng đến thành phần hóa học của dược liệu. Các tạp chất có thể xuất hiện trong dịch chiết, đòi hỏi các quy trình tinh chế dược liệu tốn kém và phức tạp. Theo một nghiên cứu gần đây, việc sử dụng phương pháp chiết xuất không tối ưu có thể làm giảm đáng kể hàm lượng hoạt chất sinh học trong dịch chiết.

2.1. Khó khăn trong việc lựa chọn dung môi chiết xuất phù hợp

Việc chọn dung môi chiết xuất phù hợp là một bài toán khó. Dung môi lý tưởng phải có khả năng hòa tan tốt các hoạt chất sinh học mong muốn, dễ bay hơi để loại bỏ sau chiết xuất, an toàn cho sức khỏe và môi trường, và có giá thành hợp lý. Các dung môi phân cực như nước, methanol, và ethanol thường được sử dụng để chiết các hợp chất phân cực, trong khi các dung môi không phân cực như hexane và ethyl acetate thích hợp cho các hợp chất không phân cực.

2.2. Vấn đề ổn định của hoạt chất sinh học trong quá trình chiết

Nhiều hoạt chất sinh học có tính chất không ổn định, dễ bị phân hủy bởi nhiệt, ánh sáng, hoặc oxy trong quá trình chiết xuất. Việc sử dụng nhiệt độ quá cao, thời gian chiết xuất quá dài, hoặc tiếp xúc với không khí có thể làm giảm hàm lượng và chất lượng của dịch chiết. Do đó, việc kiểm soát các điều kiện chiết xuất là rất quan trọng để bảo vệ hoạt chất sinh học.

III. Các phương pháp chiết xuất dược liệu phổ biến sản xuất thuốc

Có nhiều phương pháp chiết xuất dược liệu khác nhau, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Các phương pháp truyền thống như ngâm, hầm, sắc và ngấm kiệt vẫn được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, các phương pháp hiện đại như chiết xuất bằng siêu âm (UAE), chiết xuất bằng vi sóng (MAE) và chiết xuất bằng chất lỏng siêu tới hạn (SFE) đang ngày càng trở nên phổ biến do hiệu quả cao hơn và thời gian chiết xuất ngắn hơn. Phương pháp chiết xuất bằng dung môi là một phương pháp phổ biến khác, sử dụng các loại dung môi khác nhau để tách các hoạt chất sinh học từ dược liệu. Theo một báo cáo gần đây, phương pháp chiết xuất phù hợp có thể tăng hiệu suất chiết xuất lên đến 50%.

3.1. Phương pháp chiết xuất truyền thống Ngâm hầm sắc ngấm kiệt

Các phương pháp chiết xuất truyền thống như ngâm, hầm, sắc và ngấm kiệt có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện và không đòi hỏi thiết bị phức tạp. Tuy nhiên, chúng thường có hiệu suất thấp, thời gian chiết xuất dài và có thể không phù hợp với các dược liệu nhạy cảm với nhiệt. Ngâm là phương pháp đơn giản nhất, trong đó dược liệu được ngâm trong dung môi trong một thời gian nhất định. Hầm và sắc là các phương pháp sử dụng nhiệt để tăng hiệu quả chiết xuất. Ngấm kiệt là một phương pháp chiết xuất liên tục, trong đó dung môi được chảy qua dược liệu một cách chậm rãi.

3.2. Các phương pháp chiết xuất hiện đại UAE MAE SFE

Các phương pháp chiết xuất hiện đại như chiết xuất bằng sóng siêu âm (UAE), chiết xuất bằng lò vi sóng (MAE), và chiết xuất siêu tới hạn CO2 (SFE) có nhiều ưu điểm so với các phương pháp truyền thống. Chúng có hiệu suất chiết xuất cao hơn, thời gian chiết xuất ngắn hơn, và có thể được sử dụng để chiết xuất các hoạt chất sinh học nhạy cảm với nhiệt. UAE sử dụng sóng siêu âm để phá vỡ tế bào thực vật và tăng cường sự khuếch tán của dung môi. MAE sử dụng năng lượng vi sóng để làm nóng dung môi và tăng tốc quá trình chiết xuất. SFE sử dụng chất lỏng siêu tới hạn (thường là CO2) làm dung môi chiết xuất.

IV. Chiết xuất CO2 siêu tới hạn Giải pháp dược phẩm xanh hiệu quả

Chiết xuất siêu tới hạn CO2 (SFE-CO2) là một công nghệ chiết xuất tiên tiến, sử dụng CO2 ở trạng thái siêu tới hạn làm dung môi. Ưu điểm nổi bật của SFE-CO2 là tính an toàn, thân thiện với môi trường và khả năng chiết xuất chọn lọc các hoạt chất sinh học. CO2 siêu tới hạn có khả năng hòa tan các hợp chất không phân cực và phân cực yếu, đồng thời dễ dàng loại bỏ sau chiết xuất, không để lại dư lượng độc hại. SFE-CO2 đã được ứng dụng thành công trong việc chiết xuất các tinh dầu, carotenoid, flavonoid và nhiều hoạt chất sinh học khác từ dược liệu. Theo một nghiên cứu, SFE-CO2 cho hiệu suất chiết xuất cao hơn và chất lượng dịch chiết tốt hơn so với các phương pháp truyền thống.

4.1. Ưu điểm vượt trội của chiết xuất siêu tới hạn CO2

SFE-CO2 có nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp chiết xuất khác. Thứ nhất, CO2 là một chất trơ về mặt hóa học, không độc hại, không cháy nổ và dễ dàng thu hồi sau chiết xuất. Thứ hai, CO2 siêu tới hạn có khả năng hòa tan chọn lọc các hoạt chất sinh học tùy thuộc vào điều kiện nhiệt độ và áp suất. Thứ ba, quá trình chiết xuất diễn ra ở nhiệt độ thấp, giúp bảo vệ các hoạt chất sinh học nhạy cảm với nhiệt. Cuối cùng, SFE-CO2 không sử dụng các dung môi độc hại, giảm thiểu rủi ro ô nhiễm môi trường.

4.2. Ứng dụng của chiết xuất siêu tới hạn CO2 trong sản xuất dược phẩm

SFE-CO2 có nhiều ứng dụng tiềm năng trong sản xuất dược phẩm. Nó có thể được sử dụng để chiết xuất các tinh dầu từ các loại thảo mộc, chiết xuất carotenoid từ tảo, chiết xuất flavonoid từ trái cây và rau quả, và chiết xuất các hoạt chất sinh học khác từ dược liệu. SFE-CO2 cũng có thể được sử dụng để loại bỏ các tạp chất không mong muốn từ dịch chiết, chẳng hạn như các chất béo và sáp.

V. Kiểm soát chất lượng chiết xuất dược liệu Tiêu chuẩn GMP cần thiết

Kiểm soát chất lượng dược liệu và dịch chiết là một yếu tố quan trọng trong sản xuất dược phẩm. Các quy trình kiểm soát chất lượng phải đảm bảo rằng dược liệu đáp ứng các tiêu chuẩn dược liệu về độ tinh khiết, hàm lượng hoạt chất sinh học và an toàn. Các phương pháp phân tích như sắc ký lớp mỏng hiệu năng cao (HPTLC), sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) và sắc ký khí (GC) được sử dụng để xác định và định lượng các hoạt chất sinh học trong dịch chiết. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn GMP dược liệu là bắt buộc để đảm bảo chất lượng và an toàn của dược phẩm thảo dược. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), việc áp dụng GMP dược liệu giúp giảm thiểu rủi ro ô nhiễm, sai sót và biến động trong quá trình sản xuất dược phẩm.

5.1. Các phương pháp phân tích chất lượng dịch chiết dược liệu

Nhiều phương pháp phân tích được sử dụng để đánh giá chất lượng của dịch chiết dược liệu. Sắc ký lớp mỏng hiệu năng cao (HPTLC) được sử dụng để phân tích định tính và bán định lượng các hoạt chất sinh học. Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) và sắc ký khí (GC) được sử dụng để phân tích định lượng các hoạt chất sinh học với độ chính xác cao. Các phương pháp khác như quang phổ UV-Vis và quang phổ hồng ngoại cũng có thể được sử dụng để xác định các hoạt chất sinh học.

5.2. Vai trò của GMP trong đảm bảo chất lượng dược phẩm chiết xuất

GMP (Good Manufacturing Practice) đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng của dược phẩm thảo dược. GMP dược liệu quy định các yêu cầu về thiết kế nhà xưởng, trang thiết bị, quy trình sản xuất, kiểm soát chất lượng và đào tạo nhân viên. Việc tuân thủ GMP dược liệu giúp đảm bảo rằng dược phẩm được sản xuất một cách nhất quán, an toàn và hiệu quả.

VI. Tương lai chiết xuất dược liệu Nghiên cứu và phát triển bền vững

Tương lai của chiết xuất dược liệu hứa hẹn nhiều tiềm năng phát triển. Các nghiên cứu tập trung vào việc phát triển các phương pháp chiết xuất mới, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn. Việc sử dụng dung môi sinh học, tái chế dung môi và tối ưu hóa các điều kiện chiết xuất là những hướng đi quan trọng. Ngoài ra, việc nghiên cứu và phát triển các loại dược liệu mới, có hàm lượng hoạt chất sinh học cao hơn và khả năng thích ứng tốt hơn với các điều kiện trồng trọt khác nhau cũng là một ưu tiên. Ứng dụng công nghệ thông tin và tự động hóa vào quá trình chiết xuất cũng sẽ giúp tăng hiệu suất, giảm chi phí và cải thiện kiểm soát chất lượng dược liệu.

6.1. Xu hướng phát triển các phương pháp chiết xuất dược liệu mới

Các xu hướng phát triển chính trong lĩnh vực chiết xuất dược liệu bao gồm việc sử dụng dung môi sinh học như nước, ethanol và glycerol; áp dụng các công nghệ tiên tiến như chiết xuất bằng enzyme, chiết xuất bằng áp suất thẩm thấu, và chiết xuất bằng màng; và tích hợp các quy trình chiết xuất và tinh chế dược liệu.

6.2. Nghiên cứu dược liệu mới và ứng dụng công nghệ trong chiết xuất

Việc tìm kiếm và nghiên cứu các loại dược liệu mới, có giá trị dược lý cao và khả năng sinh trưởng tốt là một hướng đi quan trọng. Bên cạnh đó, việc ứng dụng công nghệ thông tin và tự động hóa vào quá trình chiết xuất, từ khâu chuẩn bị dược liệu đến khâu đóng gói dịch chiết, sẽ giúp nâng cao năng suất, giảm thiểu sai sót và cải thiện kiểm soát chất lượng dược liệu.

Nội dung chính

GIÁO TRÌNH: CHIẾT XUẤT DƯỢC LIỆU – PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT THUỐC

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Chiết xuất dược liệu: Phương pháp sản xuất thuốc là tài liệu học thuật chuyên khảo thuộc khối kiến thức chuyên ngành Dược học, Công nghệ Hóa Dược và Bào chế Thuốc. Tài liệu giữ vị trí mắt xích kết nối giữa các học phần khoa học cơ sở (Thực vật học, Hóa hữu cơ, Hóa lý) với các môn học sản xuất ứng dụng (Bào chế học, Sản xuất thuốc công nghiệp).

Mục tiêu học tập của giáo trình hướng tới việc trang bị cho người học các chuẩn đầu ra cụ thể:

1. Chuẩn hóa hệ thống thuật ngữ chuyên ngành trong kỹ thuật chiết xuất và phân lập hợp chất tự nhiên.
2. Phân tích các cơ sở lý hóa và động học truyền khối qua màng tế bào thực vật.
3. Làm chủ các phương pháp chiết xuất cổ điển (ngâm, hầm, hãm, sắc, ngấm kiệt) và các công nghệ chiết xuất hiện đại (chiết có hỗ trợ siêu âm UAE, vi sóng MAE, chất lỏng siêu tới hạn SFE, chiết lỏng dưới áp suất cao PLE).
4. Thiết lập quy trình vận hành chiết xuất phù hợp với từng quy mô: phòng thí nghiệm (Labo), bán công nghiệp (Pilot) và nhà máy công nghiệp.

Giáo trình tiếp cận theo mô hình logic tịnh tiến: từ hệ thống khái niệm định nghĩa, bản chất tương tác dung môi - chất tan, đặc điểm cấu tạo vách tế bào, cho đến việc phân loại chi tiết các kỹ thuật chiết xuất theo chế độ nhiệt, áp suất và động lực học quá trình.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

                             TIẾN TRÌNH KIẾN THỨC CỐT LÕI
                                         
   [Cơ sở lý thuyết & Thuật ngữ]          [Động học & Cơ chế truyền khối]
   - Phân biệt: Extract / Separate /      - 3 giai đoạn: Thẩm thấu - Hòa tan -
     Isolate / Purify                       Khuếch tán
   - Dãy phân cực hợp chất & dung môi     - Tương tác solvat hóa & màng tế bào
                     [Hệ thống phương pháp chiết xuất]
[Chiết truyền thống]       [Quy mô công nghiệp]             [Kỹ thuật nâng cao]
- Ngâm, hầm, hãm, sắc      - Không liên tục: Cánh khuấy     - UAE (Siêu âm > 20 kHz)
- Ngấm kiệt đơn giản /     - Liên tục: Hildebrandt,         - MAE (Vi sóng 2450 MHz)
  ngược dòng (n ≥ 3)         Bollmann, Bonotto, Kennedy...  - SFE (CO2 siêu tới hạn)
- Soxhlet / Đun hồi lưu                                     - PLE (Áp suất tới 150 bar)

Các chương và chủ đề chính

Chủ đề 1: Hệ thuật ngữ chuẩn hóa và các giai đoạn chiết xuất

Tài liệu phân định ranh giới học thuật giữa bốn khái niệm cốt lõi:

• Chiết xuất (to extract): Quá trình dùng dung môi để tách các chất tan ra khỏi mô thực vật nhằm thu được dịch chiết (extracts).
• Tách (to separate): Tách riêng từng nhóm phân tử (ví dụ: nhóm alkaloid, flavonoid).
• Phân lập (to isolate): Thu nhận từng hợp chất đơn lẻ dạng tinh thể hoặc phân tử xác định (single compound).
• Tinh chế (to purify): Loại bỏ tạp chất để nâng cao độ tinh khiết.

Quá trình chiết xuất diễn ra qua ba giai đoạn liên tiếp:

1. Thẩm thấu: Dung môi thấm qua vách tế bào vào bên trong mô thực vật.
2. Hòa tan: Chất tan bị hòa tan vào dung môi thông qua hiện tượng solvat hóa.
3. Khuếch tán: Chất tan khuếch tán ra môi trường bên ngoài (bao gồm khuếch tán chọn lọc và không chọn lọc).

Chủ đề 2: Cơ sở khoa học về bản chất chất tan và hệ dung môi

Giáo trình hệ thống hóa các nhóm hợp chất tự nhiên theo thang đo độ phân cực tăng dần:

$$\text{Độ phân cực tăng dần} \longrightarrow$$

Nhóm hợp chất phân cực kém / trung bình	Nhóm hợp chất phân cực cao
Chlorophyll	Phenylpropanoid
Tinh dầu, nhựa, chất béo	Polyphenol, Tanninoid
Phytosterol	Amino acid
Alkaloid base	Polyuronid, Polysaccharid
Coumarin, Triterpenoid (sapogenin)	Đường, muối vô cơ
Anthraquinon (AQ)	Anthraglycosid (AG)
Polymethoxy-flavonoid (PMF)	Flavonoid glycosid, Isoflavonoid glycosid
Xanthonoid, Stilbenoid	Saponosid

Nguyên lý hòa tan: Các chất có cùng tính chất phân cực sẽ tan tốt trong nhau:

• Chất phân cực kém tan trong dung môi kém phân cực: Tinh dầu tan trong $n$-hexan; chất béo tan trong benzen; carotenoid tan trong dichloromethane ($\text{CH}_2\text{Cl}_2$).
• Chất phân cực tan trong dung môi phân cực: Flavonoid aglycon/glycosid tan trong ethyl acetat ($\text{EtOAc}$); saponosid tan trong $n$-butanol ($n\text{-BuOH}$); tannin tan trong aceton; đường, muối và polysaccharid tan trong nước.
• Dung môi cồn ($\text{ROH}$) và nước có khả năng chiết các nhóm chất phân cực ($\text{AG}$, flavonoid, saponin, tannin), đồng thời có thể lôi kéo theo các hợp chất phân cực kém (phytosterol, sapogenin, PMF, coumarin, AQ).

Chủ đề 3: Động học solvat hóa và cơ chế khuếch tán qua màng tế bào

• Sự hòa tan là quá trình các phân tử chất tan được solvat hóa bởi dung môi thông qua các liên kết: ion, cộng hóa trị, cầu hydrogen, và lực tương tác Van der Waals.
• Vì vách tế bào thực vật cấu tạo từ cellulose (tính phân cực cao), các dung môi hữu cơ kém phân cực khó thấm trực tiếp qua màng nguyên vẹn.
• Ba cơ chế khuếch tán qua vách và màng tế bào:
  1. Khuếch tán đơn giản qua vách tế bào.
  2. Khuếch tán qua kênh bào tương.
  3. Khuếch tán nhờ chất tải qua kênh bào tương.

Chủ đề 4: Phân loại kỹ thuật chiết xuất cổ điển và quy mô công nghiệp

• Phân loại theo nhiệt độ:
  • Nhiệt độ thường: Ngâm lạnh, ngấm kiệt đơn giản, ngấm kiệt ngược dòng ($n \ge 3$ bình, thể tích dịch chiết cuối nhỏ hơn ngấm kiệt đơn giản, nồng độ hoạt chất tăng dần).
  • Nhiệt độ cao: Chiết nóng, hầm (ngâm có gia nhiệt), hãm (đổ nước sôi vào dược liệu, đậy nắp để nguội dần), sắc (đun sôi liên tục với nước), chiết Soxhlet, chiết đun hồi lưu.
• Phân loại theo quy mô công nghiệp:
  • Hệ không liên tục: Kiểu 2 dung môi, kiểu cánh khuấy.
  • Hệ liên tục: Kiểu băng quay, Hildebrandt, Bonotto, Bollmann, Kennedy, Carousel, Lurgi.

Chủ đề 5: Các kỹ thuật chiết xuất đặc biệt và công nghệ cao

1. Chiết xuất có hỗ trợ siêu âm (Ultrasound Assisted Extraction - UAE):
   • Sử dụng sóng cơ học cao tần ($> 20\text{ kHz}$) vượt ngưỡng nghe của tai người ($1 - 16\text{ kHz}$).
   • Cơ chế tạo hốc sủi bọt (cavitation), làm tăng diện tích tiếp xúc, gia tốc quá trình hòa tan và khuếch tán.
   • Thời gian chiết ngắn ($< 1\text{ giờ}$), nhiệt độ kiểm soát được, không làm biến đổi cấu trúc hóa học do bước sóng siêu âm lớn hơn nhiều so với kích thước phân tử.
2. Chiết xuất có hỗ trợ vi sóng (Microwave Assisted Extraction - MAE):
   • Sử dụng sóng điện từ có bước sóng $1 - 100\text{ cm}$, tần số $300 - 30.000\text{ MHz}$ (tần số chuẩn dân dụng $2450\text{ MHz}$).
   • Cơ chế: Phân tử phân cực (như nước nội bào) hấp thụ năng lượng vi sóng và dao động quay tại chỗ sinh nhiệt tức thời, làm vỡ vách tế bào, giải phóng hoạt chất nhanh chóng.
3. Chiết xuất bằng chất lỏng siêu tới hạn (Supercritical Fluid Extraction - SFE):
   • Sử dụng trạng thái siêu tới hạn (nằm giữa pha lỏng và pha khí khi vượt điểm nhiệt độ tới hạn $T_c$ và áp suất tới hạn $P_c$).
   • Chất lỏng siêu tới hạn có tỷ trọng tiệm cận chất lỏng ($0{,}1 - 1{,}0\text{ g/cm}^3$), độ nhớt thấp tiệm cận chất khí ($10^{-3} - 10^{-4}\text{ g/cm}\cdot\text{s}$), và hệ số thấm cao ($10^{-3} - 10^{-4}\text{ cm}^2/\text{s}$).
   • Dung môi tiêu biểu: $\text{CO}_2$ ($T_c = 31{,}1^\circ\text{C}$; $P_c = 73{,}8\text{ bar}$). $\text{CO}_2$ không độc, không cháy nổ, dễ bay hơi không để lại dư lượng, chiết chọn lọc hợp chất kém phân cực; có thể bổ sung $1 - 10%$ chất biến tính (modifier như $\text{MeOH}$) để tăng khả năng hòa tan chất phân cực.
4. Chiết xuất dưới áp suất cao (Pressurized Liquid Extraction - PLE):
   • Tăng áp suất lên đến $150\text{ bar}$ nhằm giữ dung môi ở trạng thái lỏng tại nhiệt độ cao ($80 - 200^\circ\text{C}$), giúp tăng độ tan của hoạt chất (nhiệt độ tăng $10^\circ\text{C}$ làm độ tan tăng khoảng $1{,}5$ lần).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Thiết lập mô hình động học chuyển khối: Thẩm thấu $\rightarrow$ Solvat hóa $\rightarrow$ Khuếch tán.
• Tương quan giữa hằng số điện môi của dung môi và cấu trúc phân tử của hoạt chất tự nhiên.
• Nhiệt động học các pha siêu tới hạn và động lực học áp suất trong môi trường lỏng quá nhiệt.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng tính toán và lựa chọn phân đoạn dung môi có độ phân cực tăng dần.
• Kỹ năng bố trí hệ thống ngấm kiệt ngược dòng nhiều bình ($n \ge 3$) nhằm tối ưu hóa thể tích dung môi và nồng độ dịch chiết.
• Kỹ năng tra cứu và kiểm soát các thông số vật lý: Bước sóng, tần số vi sóng/siêu âm, nhiệt độ và áp suất tới hạn.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo phương pháp sư phạm định lượng, kết hợp giữa diễn giải cơ chế lý hóa và bảng đối chiếu dữ liệu kỹ thuật.

                           KHUNG PHƯƠNG PHÁP HỌC TẬP
[Phân tích cơ chế]           [Khảo sát thực nghiệm]            [Đối chiếu thông số]
Giải thích các hiện tượng    Khảo sát tương tác độ xuyên       So sánh ma trận 5 phương
truyền khối qua vách tế      thấu vi sóng trên các cơ chất     pháp: Soxhlet, UAE, MAE,
bào và động học solvat hóa   khác nhau (nước, mô thực vật...)  SFE, PLE theo H%, P, T...

Tiếp cận sư phạm và bài tập thực hành

• Bài tập tính toán phân đoạn: Xây dựng sơ đồ lắc phân bố dịch chiết thô từ dung môi vạn năng bằng các dung môi có độ phân cực tăng dần ($n$-hexan $\rightarrow \text{DCM} \rightarrow \text{EtOAc} \rightarrow n\text{-BuOH} \rightarrow \text{Nước}$).
• Bài tập thiết kế hệ thống ngấm kiệt: Tính toán chu trình luân chuyển dòng dung môi trong hệ ngấm kiệt ngược dòng để đảm bảo dung môi loãng đi vào bình chứa bã dược liệu và dịch chiết đậm đặc đi ra từ bình chứa dược liệu mới.
• Phân tích ca thực tế: Khảo sát độ xuyên thấu của vi sóng ($2450\text{ MHz}$) trên các đối tượng vật liệu:
  • Nước ở $25^\circ\text{C}$: $d = 1{,}5\text{ cm}$.
  • Nước sôi: $d = 5{,}7\text{ cm}$.
  • Nước đá: $d = 1{,}16\text{ cm}$.
  • Khoai tây củ: $d = 0{,}9\text{ cm}$; Khoai tây nghiền: $d = 0{,}8\text{ cm}$.
  • Vật liệu chứa ít phân tử phân cực (Teflon: $d = 9200\text{ cm}$; Thủy tinh thạch anh Q: $d = 16.000\text{ cm}$).

Ma trận đánh giá và đối chiếu kỹ thuật chiết xuất

Người học tự đánh giá và lựa chọn phương pháp thông qua bảng tiêu chí tổng hợp:

Phương pháp	Nguyên tắc cốt lõi	Lượng mẫu	Dung môi	Nhiệt độ ($T$)	Áp suất ($P$)	Hiệu suất ($H%$)	Thời gian	Quy mô	Nhược điểm chính
Soxhlet	Rửa vòng liên tục bằng dung môi hồi lưu	Vừa - Lớn	Hữu cơ	Điểm sôi dung môi	Thường	Cao	Kéo dài ($> 6\text{h}$)	Labo	Hoạt chất dễ bị phân hủy do nhiệt cao kéo dài
UAE	Hiệu ứng tạo bọt sủi của sóng siêu âm	Vài gam - Hàng trăm gam	Đa dạng	Thường / Gia nhiệt nhẹ	Thường	Cao	Ngắn ($< 1\text{h}$)	Labo, Kiểm nghiệm	Khó đồng nhất năng lượng khi nâng quy mô lớn
MAE	Dao động phân cực sinh nhiệt nội tại	Nhỏ - Vừa	Dung môi hấp thụ vi sóng	Tăng nhanh cục bộ	Thường / Kín	Rất cao	Rất ngắn (vài phút)	Labo, Pilot	Dịch chiết lẫn nhiều tạp chất do phá vỡ mô
SFE	Khuếch tán pha siêu tới hạn	Linh hoạt ($\text{ml} \rightarrow \text{m}^3$)	$\text{CO}_2$ (+ modifier)	$T > T_c$ ($31{,}1^\circ\text{C}$)	Cao ($> 73{,}8\text{ bar}$)	Cao, chọn lọc	Trung bình	Labo, Công nghiệp	Chi phí đầu tư và bảo trì thiết bị cao
PLE	Tăng độ tan bằng dung môi lỏng quá nhiệt	Nhỏ - Vừa	Đa dạng	Cao ($80 - 200^\circ\text{C}$)	Cao (tới $150\text{ bar}$)	Rất cao	Ngắn	Labo, Pilot	Cần kiểm soát nhiệt độ với chất kém bền nhiệt

---

Điểm nổi bật và dữ liệu khoa học

Giáo trình cung cấp các thông số vật lý và nhiệt động chuẩn xác phục vụ cho nghiên cứu và triển khai công nghệ:

1. Bảng hằng số vật lý của các dung môi siêu tới hạn

Dung môi	Nhiệt độ tới hạn $T_c$ ($^\circ\text{C}$)	Áp suất tới hạn $P_c$ ($\text{bar}$)
Nước ($\text{H}_2\text{O}$)	$374{,}2$	$220{,}5$
Ethanol ($\text{EtOH}$)	$243{,}4$	$72{,}0$
Methanol ($\text{MeOH}$)	$240{,}0$	$80{,}0$
Aceton	$235{,}0$	$46{,}0$
Propan	$97{,}0$	$42{,}0$
Propen	$92{,}0$	$45{,}0$
Ethan	$32{,}0$	$48{,}0$
Carbon dioxide ($\text{CO}_2$)	$31{,}1$	$73{,}8$
Ethylen	$9{,}0$	$50{,}0$
Methan	$-83{,}0$	$45{,}0$

2. So sánh thông số vật lý giữa các pha trạng thái

$$\text{Chất lỏng} \quad \xleftarrow{\text{Tỷ trọng cao}} \quad \textbf{Chất lỏng siêu tới hạn} \quad \xrightarrow{\text{Độ nhớt thấp, Hệ số thấm cao}} \quad \text{Chất khí}$$

• Tỷ trọng ($d$): Pha siêu tới hạn đạt $0{,}1 - 1{,}0\text{ g/cm}^3$ (gấp khoảng $1000$ lần pha khí, tiệm cận pha lỏng).
• Hệ số thấm ($K$): Pha siêu tới hạn đạt $10^{-3} - 10^{-4}\text{ cm}^2/\text{s}$ (cao gấp hàng chục đến hàng trăm lần pha lỏng: $< 10^{-5}\text{ cm}^2/\text{s}$).
• Độ nhớt ($\eta$): Pha siêu tới hạn đạt $10^{-3} - 10^{-4}\text{ g/cm}\cdot\text{s}$ (thấp hơn hàng chục lần so với pha lỏng: $10^{-2}\text{ g/cm}\cdot\text{s}$).

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

1. Sinh viên đại học ngành Dược:
   • Dùng cho sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 chuyên ngành Dược học, Công nghệ Dược phẩm.
   • Học phần tiên quyết: Dược học cổ truyền, Hóa học các hợp chất thiên nhiên, Hóa lý dược, Thực vật dược.
2. Học viên sau đại học và nghiên cứu sinh:
   • Cung cấp cơ sở lý thuyết để thiết kế thực nghiệm tối ưu hóa chiết xuất hoạt chất mới bằng các phương pháp UAE, MAE, SFE, PLE.
3. Giảng viên và kỹ sư công nghệ:
   • Làm tài liệu quy chuẩn trong giảng dạy lý thuyết chiết xuất và hướng dẫn thực hành bào chế.
   • Làm tài liệu tham khảo kỹ thuật trong thiết kế hệ thống thiết bị chiết xuất công nghiệp (Bollmann, Hildebrandt, hệ thống trích ly siêu tới hạn).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Tài liệu được biên soạn phục vụ đào tạo trình độ đại học và sau đại học ngành Dược học, Hóa dược, Công nghệ Sinh học và Kỹ thuật Hóa học chuyên ngành sản xuất thuốc và hợp chất tự nhiên.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Người học cần nắm vững kiến thức Hóa học đại cương (liên kết hóa học, độ phân cực phân tử), Hóa học hữu cơ (các nhóm chức và cấu trúc phân tử tự nhiên), và Sinh học thực vật (cấu trúc mô và vách tế bào thực vật).

3. Điểm khác biệt cốt lõi giữa phương pháp hãm và sắc trong giáo trình là gì?

• Hãm: Dược liệu không tiếp xúc với nguồn nhiệt trực tiếp; đổ nước sôi vào dược liệu, đậy kín nắp và để yên cho đến khi nguội.
• Sắc: Dược liệu được đun sôi liên tục trong nước cùng với nguồn nhiệt trong một khoảng thời gian xác định.

4. Tại sao $\text{CO}_2$ được lựa chọn phổ biến nhất trong phương pháp chiết xuất siêu tới hạn (SFE)?

Vì $\text{CO}_2$ có điểm tới hạn thấp ($T_c = 31{,}1^\circ\text{C}$; $P_c = 73{,}8\text{ bar}$), dễ đạt và dễ duy trì mà không làm phân hủy các hoạt chất kém bền nhiệt. Đồng thời, $\text{CO}_2$ không cháy nổ, không độc, giá thành thấp và tự bay hơi hoàn toàn sau khi hạ áp, không để lại dư lượng dung môi trong cao chiết.

5. Phương pháp PLE có ưu thế gì so với SFE?

PLE cho phép sử dụng đa dạng các loại dung môi với dải phân cực rộng hơn so với $\text{CO}_2$ nguyên chất của SFE. Thiết bị PLE không đòi hỏi kiểm soát các thông số pha nghiêm ngặt như điểm tới hạn, giúp việc nâng quy mô sản xuất linh hoạt hơn.

---

Kết luận

Giáo trình Chiết xuất dược liệu: Phương pháp sản xuất thuốc cung cấp hệ thống lý thuyết hoàn chỉnh về kỹ thuật tách chiết hoạt chất tự nhiên, từ các quy luật nhiệt động học, phân loại độ phân cực đến việc vận hành thiết bị quy mô phòng thí nghiệm và công nghiệp. Lộ trình học tập khuyến nghị bắt đầu từ việc nắm vững bản chất tương tác dung môi - hoạt chất, sau đó tiến hành phân tích và đối chiếu các thông số vận hành giữa phương pháp cổ điển và phương pháp chiết xuất hiện đại. Người học có thể tham khảo thêm các chuyên luận chiết xuất trong Dược điển Việt Nam và các tiêu chuẩn kiểm nghiệm dược liệu hiện hành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT DƯỢC LIỆU THUẬT NGỮ CẦN PHÂN BIỆT ⚫ Chiết xuất (to extract)  dịch chiết (extracts) ⚫ Tách (to separate)  từng nhóm (alkaloid.) ⚫ Phân lập (to isolate)  từng chất (compound) ⚫ Tinh chế (to purify)  làm cho tinh khiết hơn Maceration Ngâm rút Immersion Ngâm ngập Percolation Ngấm kiệt Digestion Hầm Infusion Hãm Decoction Sắc Difussion Khuếch tán Endosmosis Thẩm thấu Dissolve Hòa tan 2 CHIẾT XUẤT • Là phương pháp sửdụng dung môi đểlấy các chất tan ra khỏi mô thự c vật • Gồm 3 quátrình  Thẩm thấu  Hòa tan  Khuếch tán(chọn lọc,không chọn lọc) Bản chất chất tan Dung môi Nhiệt đô Áp suất Độmịn 3 Các cơ sở khoa học 1. Bản chất của chất hòa tan Phân loại theo các tiêu chí sau: •Độbền hóa học: Bền, kém bền, không bền (dễ bịbiến tính) • Dạng tồn tại: dạng tựdo hay phức hợp • Khảnăng bay hơi, thăng hoa • Khảnăng tan trong nước •Độphân cự c: rất mạnh, mạnh, trung bình, yếu, rất yếu  tiêu chí được chú ý nhất 4 Các nhóm hợp chất thường gặp trong dược liệu Chlorophyll Độ Anthraglycosid (AG) Tinh dầu, như ̣a phân Flavonoid glycosid Chất béo cực tăng Iso flavonoid glycosid Phytosterol dần Saponosid Alkaloid base Phenylpropanoid Polyphenol Coumarin Độ Tanninoid phân Amino acid Triterpenoid (sapogenin) cực Polyuronid tăng Anthraquinon (AQ) dần Polysaccharid Polymethoxy-flavonoid Đường, muối (PMF) Xanthonoid, stillbenoid 5 Các cơ sở khoa học 2. Cấu tạo tế bào thực vật 6 Quá trình chiết trong tế bào thực vật Các cơ sở khoa học 3. Các chất giống nhau thì tan trong nhau A.

Các chất phân cực kém tan trong dung môi phân cực kém (tinh dầu / n-hexan; chất béo / benzen; carotenoid / DCM. Các chất càng phân cực tan trong dung môi càng phân cực (Flavonoid / EtOAc; saponosid / n-BuOH; tannin / aceton; muối, đường, polysaccharid / nước) Chú ý: ROH, nước chiết đượcAG, flavonoid, saponin, tannin. (phân cực) nhưng lôi kéo luôn cả phytosterol, sapogenin, PMF, coumarin, AQ.(những hợp chất kém phân cực) 8 Các cơ sở khoa học 4. Dung môi chiết xuất •Trình tựcác dung môi sửdụng (đểchiết) sẽcó độ phân cự c tăng dần.

•Vách tế bào là cellulose (rất phân cư ̣c)  dung môi hữu cơ kém phân cư ̣c rất khó thấm qua vách tế bào  cần loại bỏsựảnh hưởng của vách tế bào. •Dùng dung môi vạn năng  dịch chiết đa thành phần, sau đó tiến hành lắc chiết với các dung môi có độphân cực tăng dần. 9 Các cơ sở khoa học 5. Bản chất của sự chiết xuất 10 Sự hòa tan Các phân tửchất tan đượcsolvat hóa bởi dung môi Sựsolvat-hóa các chất tan có thểdo các liên kết: Ion, cộng hóa trị, cầu hydrogen, Van der Waals… 11 Sự khuếch tán & thẩm thấu 12 Các dạng khuếch tán qua vách tế bào Khuếch tán đơn giản Khuếch tán qua kênh Khuếch tán nhờchất tải qua vách tếbào bào tương qua kênh bào tương 13 14 Phân loại các phương pháp chiết xuất 1.

Theo quy mô chiết 3. Theo kỹthuật chiết • Công nghiệp • Ép – ướp • Pilot • Cất kéo – thăng hoa • Labo • Ngâm – hầm • Hãm – sắc 2. Theo dung môi chiết • Ngấm kiệt • Lỏng – rẳn o Qua Soxhlet / hồi lưu • Lỏng – lỏng o Có hỗtrợ sóng siêu âm • Siêu tới hạn – rắn o Có hỗtrợ viba o Có hỗtrợ á p suất 15 Các kỹ thuật chiết trong công nghiệp • Chiết không liên tục o Kiểu2 dung môi o Kiểucánh khuấy • Chiết liên tục o Kiểubăng quay o KiểuHildebrandt o KiểuBonotto o KiểuBollmann o KiểuKennedy o KiểuCarousel O Kiểu Lurgi 16 Chiết không liên tục Kiểu2 dung môi Kiểucánh khuấy 17 Chiết liên tục KiểuBollmann KiểuHildebrandt 18 Các kỹ thuật chiết trong nghiên cứu • Nhiệt độ thường o Ngâm lạnh o Ngấm kiệt (đơn giản, ngược dòng) • Nhiệt độ cao o Chiết nóng o Hầm, hãm, sắc o Ngấm kiệt nóng o Chiết Soxhlet o Chiết bằng cách đun hồi lưu 19 Phương pháp ngấm kiệt đơn giản - Chuẩn bịdược liệu: + Độmịn + Làm ẩm + Ngâm dược liệu - Rút dịch chiết: - Kết thúc ngấm kiệt: 20 Phương pháp ngấm kiệt ngược dòng ̣c hiện với nhiều bình chiết (n ≥ 3) • Thư • Áp dụng với quy mô trung bình  lớn • Chú ý sựdi chuyển của các dịch chiết • V dịch chiết cuối cùng < V dịch ngấm kiệt đơngiản • Thời gian kéo dài Dung môi loãng dần đi vào các bình chứa chất đậm dần 21 Phương pháp chiết ở nhiệt độ cao Chiết Soxhlet Chiết đun hồi lưu 22 Phương pháp chiết Soxhlet ƯU ĐIỂM??? NHƯỢC ĐIỂM??? 23 Phương pháp chiết ở nhiệt độ cao Hầm là phươngphápngâm có gia nhiệtđối vớichấtcần chiết. Hãm là phươngphápbào chếchếphẩm lỏngbằng cách chiếtcácchấttrong dượcliệu bằng nướcnóng hay lạnh.

Dượcliệu không tiếp xúc với quátrình đun nóng mặc dù thường đổnướcsôi lên dượcliệu đểchiết, hỗnhợp được để yên trong mộtbìnhcó nắpđậyđếnkhi nguội. Sắc là phương phápbào chế cácchế phẩm lỏngbằng cách đum sôi nướcđể chiết cácchất trong dược liệu, khác với hãm chỉchếnước sôi vào dược liệu. 24 Các kỹ thuật chiết đặc biệt •Chiết với sự hỗ trợ của siêu âm (Ultrasound Assisted Extraction, UAE) •Chiết với sự hỗ trợ của vi sóng (Microwave Assisted Extraction, MAE) •Chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn (Supercritical Fluid Extraction, SFE) •Chiết dưới áp suất cao (Pressurized liquid extract, PLE) 25 Phương pháp chiết với siêu âm (Ultrasound Assisted Extraction, UAE) Siêu âm là 1 dạng sóng điệntừ cao tần (> 20 KHz) mà tai người không nghe được (1 – 16 KHz). Dưới tácdụng của siêu âm: -Dung môi tại cáchốc nhỏtrong dược liệu bịsủi bọt -Tăng quá trình khuếch tánchất tan -Tăng sựhòatan của chất tan vào dung môi 26 Phương pháp chiết với siêu âm (Ultrasound Assisted Extraction, UAE) Quátrình chiết siêu âm: -Khánhanh (< 1 giờ), mẫu ít bịhưhỏng -Ít tốn năng lượng, không cần á p suất cao -Có thểgia nhiệt, điềuchỉnh thời lượng -Rất thích hợp cho quy mô kiểm nghiệm Lượng mẫu có thểlên tới hàng trămgam Dung môi có thểthay đổi tùy đối tượng Do có độdài sóng >> kích thước của phân tửhóa học nên siêu âm không gây biến đổi hóa học của phân tửnghiên cứu.

27 Dụng cụchiết siêu âm 28 Phương pháp chiết với siêu âm 29 Phương pháp chiết với vi sóng (Microwave Assisted Extraction, MAE) Vi sóng là mộtdạng sóng điệntừcó bướcsóng từ1 – 100 cm, tần số300 – 30.000 MHz, trong đótần sốdân dụng, gia dụngquy chuẩn là 2450 MHz. Vi sóng có thểxuyên thấu cáccấu trúc rắn, lỏng,khí và bịphản xạbởi kim loại. Nguyên tắc chiết với vi sóng: -Phân tửkhông phân cực:không hấpthụvi sóng, chỉcácphân tửphân cực(nước…) mới hấp thụvi sóng -Phân tửnước(sẵn có trong mẫu sẽquay tại chỗ) -Năng lượngquay chuyểnthành nhiệt nănglàm gia tăngkhảnănghòatan các chất vào dung môi -Cấu trúc tếbào bịphávỡtạichỗvà tức thời  Cácchất trong tếbào đượcgiải phóng ra môi trường và tan trong dung môi chiết thích hợp. -Chiết xuất nhanh hơn -Dịch chiết nhiều tạp chất hơn 30 Độxuyên thấu (d) của vi sóng (2450 MHz) Vật liệu d(cm) Vật liệu d(cm) Vật liệu d(cm) Bánh mì 2,5 Giấy, carton 20 – 60 PVC 210 Khoai tây củ 0,9 Gỗ 8 – 350 Epoxy 4.100 Khoai tây 0,8 Cao su 15 – 350 Teflon 9.200 nghiền Đậu, cà rốt 1,0 Thủy tinh N 35 Thủy tinh Q 16.000 Thịt cá 0,9 – 1,2 Sứ 56 Nước (25 oC) 1,5 Nước sôi 5,7 Nước đá 1,16 31 Phương pháp chiết lỏng siêu tới hạn -Vùng siêu tới hạn là vùng lưu chất ởtrạng thái trung gian giữa lỏng và khí.

-Mỗi loại lưu chất có điểmtới hạn S riêng (điểm cực tiểuvềnhiệt độvà áp suất) của trạng thái siêu tới hạn). 32 Phương pháp chiết lỏng siêu tới hạn (Supercritical Fluid Extraction, SFE) Siêu tới hạn là trạng thái tại đó 1 dung môi -Không còn ởthểlỏng (do nhiệt độcao) -Vẫn chưa thành thểkhí (do áp suất cao) -Độnhớt << phase lỏng (dễxâm nhập mẫu) -Khảnăng chuyểnkhối >> phase khí (chiết xuất) 33 Các dung môi siêu tới hạn Dung môi T tới hạn (oC) P tới hạn (bar) Nước 374,2 220,5 EtOH 243,4 72 MeOH 240 80 Aceton 235 46 Propan 97 42 Propen 92 45 ethan 32 48 CO2 31,1 73,8 ethylen 09 50 methan -83 45 Tại sao CO2??? 34 So sánh các dung môi siêu tới hạn Tính chất Lỏng Siêu tới hạn Khí Tỷ trọng 1,0 0,1 – 1,0 10-3 d (g/cm2) ↓ 10 lần ↓ 1.000 lần Hệ số thấm < 10-5 10-3 – 10-4 10-2 K (cm2/s) ↑ vài chục lần ↑ 10.000 lần Độ nhớt 10-2 10-3 – 10-4 10-4 η (g/cm.s) ↓ vài chục lần ↓ 100 lần 35 Bộchiết siêu tới hạn 36 Khảnăng ứng dụng của SFE Ưu điểm: SFE là một phương pháp hiện đang đượcquan tâm -Có khảnăng hòatan cácchất, độnhớt thấp, khảnăng khuếch tan cao -Thểtích áp dụng: vài ml  vài ngàn lít -Dễáp dụ ng ởquy mô công nghiệ p -Kinh tế (do CO2 là phụ phẩm của các ngành khác) -CO2 không cháy nổ, không độc hại, thân thiện môi trường -CO2 dễ bay hơi sau khi chiết, không để lại dư lượng dung môi trong cao chiết. -Để i mSTH củaCO2 (31 oC/73 atm) dễđạt,dễduy trì,không làm biếnđổichất cầnchiết. -CO2 thích hợp đểchiết các chất phân cư ̣c kém -Nếu thêm cácdung môi khác(thường thêm 1 – 10% MeOH) có thểchiết các ̣c hơn.

hợp chất phân cư Nhược điểm: -Phạmvi ápdụng chưa rộng rãi với nhiều hợp chất -Nhiệt độvà ápsuất cao sẽảnhhưởng đếnchất lượng chất cần chiết trong một sốtrường hợp. -Giáthành thiết bị, chi phí vận hành và bảo trìcao. 37 Phương pháp chiết dưới áp suất cao (Pressurized liquid extract, PLE) Khảnăng hòatan củacácchất phụthuộc nhiều vào nhiệt độ, khi nhiệt độtăng thìkhảnăng hòatan cácchấttăng( nhiệtđộtăng10 oC thìkhả nănghòatan tăng1,5 lần),tuy nhiên việctăngnhiệtđộ chiết có giới hạn do nhiệt độsôi của dung môi  chiết xuất dưới ápsuất cao để tăng nhiệt độsôi của chất lỏng (nhiệt độchiết có thểthay đổitừ 80 – 200 oC, á p suất có thểtới 150 bar tùy dung môi và chất chiết) Ưu đê i ̉m so với SFE: -Linh hoạt hơn trong việc lư ̣a chọn dung môi  chiết được các chất với giớihạn rộng hơn vềđộphân ̣c. cư -Các thiết bịkhông cần đạt áp suất cao nghiêm ngặt như SFE  dễáp dụng trên quy mô lớn hơn.

38 Soxhlet UAE MAE SFE PLE Nguyên tắc Lượng mẫu Dung môi Nhiệt độ P H% Thời gian Quy mô Nhược điểm 41