Tiểu luận môn học kỹ thuật tách chiết và tinh chế chủ Đề chiết xuất quercetin từ vỏ củ hành tây

Chiết xuất với sự hỗ trợ của sóng siêu âm Chiết siêu âm- UAE Chiết xuất siêu âm là một phương pháp chiết xuất bằng cách sử dụng sóngsiêu âm để tạo ra các cung cấp năng lượng cơ học nhẹ n

BỘ GIÁO DỤC

VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

KỸ THUẬT TÁCH CHIẾT VÀ TINH CHẾ

CHỦ ĐỀ: CHIẾT XUẤT QUERCETIN TỪ VỎ CỦ HÀNH TÂY

Người hướng dẫn: TS Đỗ Tiến Lâm Học viên: Nguyễn Minh Anh

Mã học viên: 24803001

Hà Nội, tháng 10 năm 2024

BỘ GIÁO DỤC

VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

KỸ THUẬT TÁCH CHIẾT VÀ TINH CHẾ

CHỦ ĐỀ: CHIẾT XUẤT QUERCETIN TỪ VỎ CỦ HÀNH TÂY

Người hướng dẫn: TS Đỗ Tiến Lâm Học viên: Nguyễn Minh Anh

Mã học viên: 24803001

Hà Nội, tháng 10 năm 2024

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC CÁC BẢNG iv

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v

MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6

1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI TRONG CHIẾT XUẤT DƯỢC LIỆU 6

1.1.1 Chiết xuất với sự hỗ trợ của sóng siêu âm (Chiết siêu âm- UAE).6 1.1.2 Chiết xuất với sự hỗ trợ của vi sóng (Chiết vi sóng- MAE) 10

1.1.3 Chiết xuất bằng dung môi dưới áp lực cao (Chiết dung môi nhanh- ASE) 12

1.1.4 Chiết xuất có hỗ trợ emzyme (Chiết enzyme- EAE) 13

1.1.5 Chiết xuất lỏng siêu tới hạn (Chiết siêu tới hạn – SFE) 14

1.2 TỔNG QUAN VỀ HÀNH TÂY 20

1.2.1 Thực vật học [5] 20

1.2.2 Thành phần hoá học vỏ hành tây 22

1.2.3 Công dụng của vỏ hành tây 25

1.3 TỔNG QUAN VỀ QUERCETIN 27

1.3.1 Khái niệm 28

1.3.2 Tác dụng trên một số bệnh 29

1.3.3 Tính an toàn 29

1.3.4 Liều dùng 30

CHƯƠNG 2: PHẦN THỰC NGHIỆM 31

2.1 CHIẾT XUẤT QUERCETIN BẰNG CARBON DIOXIDE SIÊU TỚI HẠN 31

2.1.1 Nguyên liệu và chất chuẩn 31

2.1.2 Trang thiết bị 31

2.1.3 Quá trình chiết xuất 33

2.1.4 Hệ thống HPLC phân tích mẫu 33

2.1.5 Kết quả và bàn luận 34

2.2 CHIẾT XUẤT QUERCETIN BẰNG NƯỚC SIÊU TỚI HẠN [17] 37 2.2.1 Nguyên liệu và thiết bị 37

2.2.2 Quá trình chiết xuất 38

2.2.3 Quy trình phân tích bằng HPLC 39

2.2.4 Tối ưu hoá các thông số chiết xuất 40

2.2.5 Kết quả và bàn luận 43

2.3 KIỂM NGHIỆM NGUYÊN LIỆU HÀNH TÂY 46

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao

(High performance liquid chromatography)

SFE Chiết lỏng siêu tới hạn

(supercritical fluid extraction)

DE Tảo cát trái đất (diatomaceous earth)

SWE Chiết bằng nước siêu tới hạn

(subcritical water extraction)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Một số dung môi sử dụng cho phương pháp chiết siêu tới hạn 16

Bảng 2 So sánh các đặc tính ở ba trạng thái rắn – lỏng – siêu tới hạn của CO2 16

Bảng 4 Phương pháp chiết hoạt chất có trong vỏ hành tây 23

Bảng 5 Kết quả chiết quercetin của giống hành vàng và giống hành đỏ 34

Bảng 6 Hiệu suất chiết và độ phục hồi của SWE 44

Bảng 7 Thành phần hóa học của các chiết xuất thu được từ SWE và nguyên liệu vỏ củ hành ban đầu 44

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1 Nguyên lý của chiết xuất siêu âm 7

Hình 2 Máy chiết xuất siêu âm 9

Hình 3 Bộ dụng cụ chiết bằng dung môi dưới áp lực cao 12

Hình Đồ thị biểu diễn trạng thái vật chất của chất lỏng siêu tới hạn 15

Hình 6 Sơ đồ cấu tạo thiết bị chiết xuất siêu tới hạn 17

Hình 7 Thân, củ và hoa Hành tây 21

Hình 8 Cấu trúc một số hợp chất giá trị được phân lập trong vỏ hành tây 22

Hình 9 Cấu trúc các hợp chất có hoạt nh sinh học quan trọng trong vỏ hành tây 23

Hình 12 Sơ đồ thiết bị chiết quercetin bằng Carbon Dioxide siêu tới hạn 32

Hình 13 Biểu đồ tương quan giữa lượng quercetin chiết xuất và thể tích ethanol 35

Hình 14 Biểu đồ tương quan giữa thể tích ethanol trong mỗi ống và thời gian 36

Hình 15 Biểu đồ tương quan giữa tỉ lệ chiết xuất và thời gian 37

Hình 16 Sơ đồ chiết xuất quercetin bằng nước siêu tới hạn 38

Hình 17 Sắc ký đồ của quercetin từ dịch chiết vỏ củ hành tây 40

Hình 18 Ảnh hưởng nhiệt độ lên phương pháp chiết quercetin bằng SWE cho các lần chiết với thời gian 10 phút (A) và 15 phút (B) Mỗi thí nghiệm được thực hiện 3 lần, điểm dữ liệu thể hiện dưới dạng giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn 41

Hình 19 Ảnh hưởng của thời gian chiết xuất quercetin bằng SWE ở nhiệt độ 165oC (A) và 170oC (B) Mỗi thí nghiệm được thực hiện 3 lần, điểm dữ liệu thể hiện dưới dạng giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn 42

Hình 20 Ảnh hưởng tỷ lệ vỏ củ hành và DE trong chiết xuất quercetin bằng SWE 43

Hình 21 So sánh các phương pháp chiết 46

MỞ ĐẦU

Quercetin được nghiên cứu bởi Caltagirone rằng quercetin và apigenin ức chế sựtăng trưởng, việc xâm lấn và tiềm năng di căn của khối u ác tính [ CITATIONSCa00 \l 1033 ] Quercetin có tiềm năng để trở thành một liệu pháp hóa trị ung thưtuyến tiền liệt như báo cáo của Xing (2001)[ CITATION Xin01 \l 1033 ] Flavonolsnày cũng được xem là có chức năng chống oxy hóa Có hai nhóm chất chống oxyhóa chính: tổng hợp và tự nhiên Một trong các xu hướng quan trọng nhất trongngành công nghiệp thực phẩm hiện nay là nhu cầu tìm về và sử dụng các chất chốngoxy hoá tự nhiên Chúng an toàn hơn, ít tác dụng phụ và ít độc tính hơn các chấtchống oxy hoá tổng hợp

Củ hành chứa rất nhiều quercetin glucosides (quercetin-3,4'-diglucoside vàquercetin-4'-monoglucoside) Lớp vỏ ngoài cùng của củ hành chuyển sang màu nâu

và khô trong quá trình già đi, và các glycosides của quercetin chuyển dạng thànhquercetin tự do Herrmann (1976) cũng cho rằng trong củ hành khô chứa chủ yếu làdạng quercetin tự do hơn là dạng glycoside

Theo Bilyk er al (1984) thìlớp vỏ khô phía ngoài có nhiều quercetin hơn lớp bên trong ở tất cả tám giống hànhđược nghiên cứu Giống cao nhất chứa tới 34,15g quercetin/kg vỏ hành khô Cácgiống khác chứa từ 1,14 – 16,53g quercetin/kg[ CITATION Kar03 \l 1033 ] Chiếtxuất flavonols từ mô hành trong các nghiên cứu ở trên được thực hiện bằng cáchchiết với dung môi methanol Nhưng trong công nghiệp vấn đề phát sinh với kỹthuật truyền thống này là phải loại bỏ dung môi hữu cơ từ các sản phẩm cuối cùng,

xử lý chất thải methanol, độc tính của methanol còn lẫn trong sản phẩm,…

Đối tượng nghiên cứu: Vỏ củ hành đỏ và hành vàng được lấy từ các trang trại

Muck (Đại học bang Michigan, East Lansing, MI)

Mục tiêu đề ra là:

- Tách chiết Quercetin từ vỏ củ hành tây

- So sánh hiệu quả khi chiết bằng phương pháp siêu tới hạn và phương pháptruyền thống

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI TRONG CHIẾT XUẤT DƯỢC LIỆU

1.1.1 Chiết xuất với sự hỗ trợ của sóng siêu âm (Chiết siêu âm- UAE)

Chiết xuất siêu âm là một phương pháp chiết xuất bằng cách sử dụng sóngsiêu âm để tạo ra các cung cấp năng lượng cơ học nhẹ nhàng nhằm phá vỡ cấutrúc tế bào và giải phóng các chất hoạt tính từ nguyên liệu Nó cho phép chiếtxuất chất từ các mẫu vật liệu khác nhau bằng cách sử dụng sóng siêu âm để tăngcường quá trình chiết xuất Công nghệ này đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực,

từ sản xuất thực phẩm đến dược phẩm và các ứng dụng môi trường Các nguyênliệu phù hợp cho phương pháp chiết xuất siêu âm bao gồm các loại thảo dược, cây

cỏ, trái cây, rau quả, thực phẩm và các loại hạt

 Nguyên lý hoạt động của chiết xuất siêu âm

Nguyên lý hoạt động của công nghệ chiết xuất siêu âm là sử dụng sóngsiêu âm (sóng điện từ cao tần > 20KHz) để tạo ra các cường độ cao của nănglượng cơ học trong mẫu vật liệu Điều này tạo ra các tín hiệu sóng áp suất và sóng

Hình 1 Nguyên lý của chiết xuất siêu âm

dòng, gây ra các hiện tượng cơ học như rung động và nổ bọt khí Những hiệntượng này có thể làm giảm độ nhớt của dung dịch và tăng tốc độ chiết xuất Sóngsiêu âm tạo ra các vùng áp suất thấp và cao liên tục trên các phân tử trong dungdịch Khi áp suất thấp đủ lớn, các bong bóng khí sẽ hình thành và phát triển Khicác bong bóng này vỡ, năng lượng được giải phóng và gây ra các hiệu ứng hóahọc như tạo ra các gốc tự do và các phản ứng oxy hóa khác Sóng siêu âm gây racác rung động cơ học trên các phân tử trong dung dịch, tạo ra sự lắc động và vachạm giữa chúng, điều này gây ra các hiệu ứng hoá học như tăng độ tan của cáchoạt chất và cải thiện khả năng hòa tan của dung dịch Sóng siêu âm tạo ra cácvùng áp suất cao và thấp xen kẽ trong dung dịch, tạo ra sự lực kéo và đẩy giữacác phân tử trong dung dịch, điều này gây ra các hiệu ứng hoá học như giảm kíchthước phân tử và cải thiện khả năng hấp thu của dung dịch.

 Ưu điểm của chiết xuất siêu âm

- Tăng khả năng chiết xuất: phương pháp này có khả năng chiết xuất tốt hơn

so với các phương pháp truyền thống khác như chiết xuất bằng dung môi, chiếtxuất bằng nước hay chiết xuất bằng lạnh

- Tiết kiệm thời gian: việc sử dụng sóng siêu âm giúp tăng tốc quá trìnhchiết xuất và giảm thời gian cần thiết để chiết xuất

- Tiết kiệm năng lượng: phương pháp này có thể sử dụng điện năng gia nhiệtcho dung môi thấp hơn so với các phương pháp khác, làm giảm tác động đếnmôi trường

- Tăng sản lượng: phương pháp này có thể tăng sản lượng chiết xuất so vớicác phương pháp truyền thống

 Nhược điểm của chiết xuất siêu âm

- Chi phí: Thiết bị sóng siêu âm (dễ hỏng), quá trình chiết xuất dược liệubằng sóng siêu âm có thể đòi hỏi một số lượng lớn vốn đầu tư ban đầu Điều này

có thể làm tăng chi phí sản xuất và làm cho phương pháp này không phù hợp vớiquy mô nhỏ hoặc các doanh nghiệp mới.

- Hiệu suất chiết xuất: Mặc dù sóng siêu âm có thể tạo ra các tác động cơ lực

và nhiệt lên các tế bào cây, nhưng hiệu suất chiết xuất không phải lúc nào cũngcao Các yếu tố như tần số sóng siêu âm, áp suất, thời gian chiết xuất và loại câythuốc có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình chiết xuất Điều này có thểlàm giảm khả năng trích xuất chất hoạt chất và dẫn đến mất mát trong quá trìnhchiết xuất

- Tác động lên cấu trúc phân tử: Sóng siêu âm có thể gây tác động cơ lực vànhiệt lên các phân tử trong cây thuốc Điều này có thể làm thay đổi cấu trúc phân

tử của các chất hoạt chất và ảnh hưởng đến tính chất sinh học của chúng Sự thayđổi này có thể làm giảm hoặc thay đổi hoạt tính của các chất hoạt chất trích xuất

- Tiêu thụ năng lượng: Quá trình chiết xuất bằng sóng siêu âm đòi hỏi lượngnăng lượng lớn để tạo ra sóng siêu âm Điều này có thể làm tăng tiêu thụ nănglượng của quá trình chiết xuất do bộ tạo song này gây ra

- Điều kiện khắt khe: Quá trình chiết xuất bằng sóng siêu âm yêu cầu điềukiện cụ thể như tần số sóng, áp suất và thời gian chiết xuất

- Khả năng gây hại cho môi trường: Sóng siêu âm có thể tạo ra tiếng ồn vàrung động mạnh, gây tác động tiêu cực đến môi trường xung quanh Ngoài ra,việc xử lý và loại bỏ các chất thải từ quá trình chiết xuất sóng siêu âm cũng cóthể gây ra vấn đề về môi trường

- Ổn định và lâu dài: Việc áp dụng sóng siêu âm trong quá trình chiết xuấtdược liệu cần sự ổn định và độ tin cậy để đảm bảo kết quả nhất quán và lặp lạiđược Điều này có thể đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ và kiểm tra định kỳ thiết bịsóng siêu âm để đảm bảo hiệu suất ổn định trong thời gian dài

- Sự cần thiết của kiến thức chuyên môn: Việc thực hiện quá trình chiết xuất

bằng sóng siêu âm đòi hỏi kiến thức chuyên môn và kỹ năng kỹ thuật Ngườithực hiện cần hiểu về cấu trúc cây thuốc, yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiếtxuất, và quá trình điều khiển sóng siêu âm để đạt được kết quả tốt nhất.

- Không tạo ra sự sôi trào mạnh ở nhiệt độ thấp nên khi dùng với dung môi

dễ cháy nổ như cồn, acetone, n-hexane thì khó kiểm soát cháy nổ

Hình 2 Máy chiết xuất siêu âm

 Các ứng dụng của chiết xuất siêu âm

- Công nghiệp thực phẩm: Chiết xuất siêu âm được sử dụng để tách chiết cácchất dinh dưỡng, hương liệu và màu sắc từ nguyên liệu thực phẩm như quả lựu,

cà phê, trái cây, gia vị và thảo dược Quá trình này giúp tăng cường hiệu suấttrích xuất và giảm thời gian cần thiết so với các phương pháp truyền thống

- Hóa mỹ phẩm: Siêu âm rút trích được sử dụng để chiết xuất các chất hoạtđộng, tinh dầu và thành phần khác từ cây cỏ, thảo dược và nguyên liệu tự nhiênkhác để sử dụng trong sản xuất mỹ phẩm và sản phẩm chăm sóc cá nhân Quátrình này giúp tăng cường khả năng trích xuất chất hoạt động và cải thiện chấtlượng sản phẩm

- Dược phẩm: Chiết xuất siêu âm được áp dụng trong việc tách chiết cácchất hoạt động từ cây thuốc và thảo dược để sử dụng trong sản xuất thuốc Côngnghệ này có thể giúp tăng cường hiệu suất trích xuất các thành phần dược liệu vàgiảm thời gian cần thiết so với các phương pháp truyền thống.

- Môi trường: Siêu âm rút trích có thể được sử dụng để tách chiết các chất ônhiễm từ môi trường như nước, đất và chất thải công nghiệp Quá trình này cóthể giúp loại bỏ các chất độc hại và làm sạch môi trường

- Hóa học và phân tích: Siêu âm rút trích được sử dụng trong phân tích hóahọc để tách chiết và tập trung các chất trong mẫu Điều này có thể giúp cải thiện

độ nhạy và độ chính xác của phân tích

1.1.2 Chiết xuất với sự hỗ trợ của vi sóng (Chiết vi sóng- MAE)

Vi sóng là một dạng song điện từ, có tần số từ 0.3GHz đến 300 GHz, tương ứngvới độ dài sóng trong khoảng 100cm đến 1 cm, thường sử dụng bức xạ điện từ ở tần

số 2450MHz Xuyên thấu được các cấu trúc rắn lỏng khí, bị phản xạ bởi kim loại

 Nguyên lý

Vi sóng có tác dụng làm tăng nhiệt độ của vật chất một cách đặc biệt, không phụthuộc vào sự dẫn nhiệt của bình chứa hay vật chất Nhiệt sinh ra theo 2 cơ chế dẫntruyền ion và quay lưỡng cực 2 cơ chế này làm sinh nhiệt trong lòng khối vật chấtlàm cho việc ra nhiệt nhanh và hiệu quả hơn rất nhiều Những hợp chất càng phâncực thì càng mau nóng dưới sự chiếu xạ của vi sóng, đặc biệt là nước

Trong chiết xuất, khi chiếu xạ vi sóng vào môi trường chiết chứa dược liệu vàdung môi phân cực, các phân tử dung môi và các chất phân cực sẽ dao động vànóng lên nhanh chóng làm tăng khả năng hòa tan các chất vào dung môi Hơn nữa,

vi sóng cũng làm phá hủy cấu trúc vách tế bào thực vật, tạo điều kiện cho chất tangiải phóng vào môi trường dễ dàng, làm cho việc chiết xuất nhanh hơn nhưng cũnglàm cho dịch chiết lẫn nhiều tạp chất hơn

 Ưu điểm

- Không có quán tính nhiệt.

- Hiệu suất chiết cao hơn so với một số phương pháp chiết thông thường

- Sản phẩm trích ly chất lượng tốt

- Thiết bị dễ sử dụng, an toàn và bảo vệ môi trường (Năng lượng sạch,dễ chếtạo và dễ kiểm soát

- Thời gian chiết nhanh

- Có tác dụng đặc biệt với các phân tử phân cực

 Nhược điểm

- Không áp dụng cho các phân tử không phân cực

- Khó áp dụng cho quy mô công nghiệp vì đầu tư cho thiết bị tạo vi sóng làkhông nhỏ để có đủ công suất

- Nhiệt độ sôi của các dung môi đạt được rất nhanh, có thể gây nổ

 Ứng dụng của vi sóng

Với những tính năng vượt trội mà nó có được, vi sóng được ứng dụng rộng rãi

và tin cậy Đặc biệt, trong các phản ứng cần cấp nhiệt, các phản ứng giữa các pha dịthể Vi sóng còn có tác dụng tăng cường khuấy trộn, tăng tiếp xúc pha làm cho hiệusuất phản ứng được lớn hơn

Vi sóng đã được ứng dụng trong các lĩnh vực:

- Hỗ trợ chiết xuất

- Tổng hợp hữu cơ (kích hoạt phản ứng): Giảm thời gian phản ứng, giảm phảnứng phụ, tăng hiệu suất, tăng độ chọn lọc, phân tích (hóa vô cơ, đo độ ẩm, thủygiải, )

- Hỗ trợ công việc phòng thí nghiệm: Sấy khô các vật dụng thủy tinh, tăng hoạtsắc kí bản mỏng, hoạt hóa tái tạo chất hấp thu sắc ký, chất hút ẩm, rây phân tử, chấtmang rắn

- Trong công nghiệp: Sấy khô thực phẩm, sát trùng thực phẩm, sấy gỗ.

1.1.3 Chiết xuất bằng dung môi dưới áp lực cao (Chiết dung môi ASE)

nhanh-Là phương pháp sử dụng các dung môi thông thường như các phương phápchiết xuất cổ điển khác nhưng hoạt động ở áp suất và nhiệt độ tương đối cao (150bar/ 100-180°C) Nhiệt độ và áp suất cao làm tăng khả năng hòa tan và khuyếch tándung môi để cho việc chiết xuất hiệu quả hơn Trong chiết xuất, người ta có xuhướng tăng nhiệt độ để tăng hiệu suất chiết nhưng khi đến nhiệt độ sôi, dung môihóa hơi không còn khả năng hòa tan các chất nữa Dựa trên nguyên tắc, nhiệt độ sôicủa chất lỏng tăng khi áp suất tăng, người ta tăng áp suất để nhiệt độ dung môi đượcđưa lên cao nhưng chưa đén vùng tới hạn

Hình 3 Bộ dụng cụ chiết bằng dung môi dưới áp lực cao

1.1.4 Chiết xuất có hỗ trợ emzyme (Chiết enzyme- EAE)

Chiết xuất hỗ trợ enzyme là một chiến lược mới để phá vỡ cấu trúc màng tếbào và giải phóng các hợp chất nội bào Trong ngành công nghiệp dầu thực vật,chiết xuất hỗ trợ enzyme đã được thiết lập tốt Phương pháp này hoạt động dựa trêntác động chọn lọc của enzyme lên màng tế bào giúp phá vỡ tế bào Phương phápnày nhẹ, đặc hiệu, thân thiện với môi trường và phù hợp với nguyên liệu có hàmlượng ẩm cao, nhưng tốn nhiều thời gian hơn các kỹ thuật khác Tuy nhiên, tác độngđặc hiệu của enzyme có lợi thế lớn so với các phương pháp cơ học khác; ví dụ,Nannochloropsis là một loại tảo biển có tiềm năng công nghiệp lớn do khả năng tích

tụ lipid Ngoài ra, nó có thể tích tụ các thành phần quan trọng khác như axit béokhông bão hòa đa omega-3, zeaxanthin, carotenoid và astaxanthin Mặt khác, tảonày có khả năng chống lại các phương pháp thông thường (hóa học và cơ học) dolớp tế bào bên ngoài được tạo thành từ các hợp chất giống cutan (các thành phầnaliphatic không thủy phân) Kết quả là, quá trình chiết xuất lipid (thành phần nộibào) trở thành một quá trình tốn kém năng lượng và cũng cản trở quá trình tinh chếsinh học liên quan đến chủng (bằng cách ảnh hưởng đến các thành phần chiết xuấtkhác)

Do đó, vấn đề có thể được giải quyết bằng cách sử dụng các enzyme cụ thể

để chiết xuất lipid hiệu quả Các nghiên cứu gần đây cho thấy papain và cellulasekết hợp với quá trình đồng nhất hóa áp suất cao đã đạt được 95,41% sự phá vỡ tếbào của Neochloris oleoabundans với 92,60% lipid được phục hồi Người ta kếtluận rằng phương pháp xử lý kết hợp cho thấy khả năng phục hồi lipid tốt hơn sovới phương pháp xử lý đơn lẻ Hơn nữa, phương pháp này cho phép quá trình chiếtxuất lipid với sinh khối ướt khiến bước sấy khô trở nên không cần thiết Ngoài ra,cần nghiên cứu tác động của hỗn hợp enzyme đối với sự phá vỡ thành tế bào vàtrình tự ứng dụng Ví dụ, Neochloris oleoabundans được làm giàu với thành tế bàocellulose và có thể bị phân hủy bởi cellulase

Tuy nhiên, trong hỗn dịch không thể thêm cả cellulase và protease vìcellulase sẽ phân hủy cellulase Ngược lại, việc bổ sung protease vào hỗn dịch cóthể làm phân hủy các protein được nhúng trong cấu trúc thành tế bào, làm lỏngpolyme cellulose và khi có tác dụng của cellulase, quá trình phục hồi lipid có thểđược tăng cường Vì các nghiên cứu về tác dụng kết hợp của enzyme đối với sự phá

vỡ tế bào còn ít, nên đây là một lĩnh vực lớn cần được nghiên cứu thêm Về mặtkinh tế, quá trình chiết xuất bằng enzyme kết hợp với áp suất cao tạo ra 6,67 (g/L)dầu, với chi phí là 0,00953 USD và rẻ hơn phương pháp thông thường là 1,43 USD/

kg Các nghiên cứu này cho thấy rằng quy trình này là một phương pháp tiếp cậnđầy hứa hẹn, có tiềm năng cho các ứng dụng không tốn kém, nhanh hơn và có thể

mở rộng quy mô

1.1.5 Chiết xuất lỏng siêu tới hạn (Chiết siêu tới hạn – SFE)

Chiết xuất siêu tới hạn (Supercritical fluild extraction - SFE) là quá trìnhphân tách một hay một số chất từ hỗn hợp (dược liệu, hỗn hợp nguyên liệu) bằngcách sử dụng chất lỏng ở trạng thái siêu tới hạn như là một dung môi (thường sửdụng CO2 siêu giới hạn) Khi ở trạng thái này chất lỏng siêu tới hạn có đặc tính về

độ tan tương tự như một chất lỏng, đồng thời có khả năng khuếch tán và độ nhớtgần với chất khí, nhờ vậy chúng có khả năng khuếch tán và hòa tan nhanh các hoạtchất trong dược liệu

Gore (1891) là người đầu tiên phát hiện ra khả năng hòa tan tốt của naphtalen

và camphor trong CO2 lỏng Sau đó Andrews (1875) đã nghiên cứu về đặc tính của

CO2 ở trạng thái siêu tới hạn Tuy nhiên mãi tới đầu những năm 1970 công nghệchiết xuất các hợp chất tự nhiên bằng dung môi CO2 siêu tới hạn (SC- CO2) mớithực sự phát triển và đi vào ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, dượcphẩm như: loại cafein trong cà phê và chè xanh, chiết xuất dầu vừng đen, chiếtpolyphenol từ chè xanh, loại bỏ cholesterol trong thực phẩm, loại bỏ alcol trong đồuống, chiết xuất phẩm màu, chiết xuất các hoạt chất chống oxy hóa, chiết xuất tinhdầu, hương liệu từ thực vật sử dụng trong mỹ phẩm, thực phẩm

Đối với mỗi chất thông thường, dưới mỗi một điều kiện nhất định chúng sẽtồn tại ở một trong ba trạng thái: rắn, lỏng hoặc khí Ở nhiệt độ nhất định khi nénmột chất khí tới áp suất đủ lớn, chúng có thể chuyển thành chất lỏng và ngược lại.Tuy nhiên, có một giá trị áp suất mà tại đó, nếu tăng nhiệt độ lên nữa thì chất lỏngcũng không hóa hơi trở lại mà tồn tại ở dạng đặc biệt gọi là trạng thái siêu tới hạn(supercritical) Hay nói cách khác, trạng thái siêu tới hạn đạt được khi nhiệt độ và

áp suất của một chất được nâng lên trên giá trị tới hạn của nó Tại điều kiện áp suất

và nhiệt độ mà chất lỏng chuyển thành chất lỏng siêu tới hạn được gọi là điểm tớihạn (critical point) Điểm tới hạn gồm áp suất tới hạn (critical pressure - Pc) vànhiệt độ tới hạn (critical temperature - Tc) (hình 1)

Điểm tới hạn của một chất phụ thuộc vào bản chất hóa học cũng như trọnglượng phân tử của chất đó, ngoài ra nó còn phụ thuộc vào thành phần các chất thêmvào (đồng dung môi - co-solvent) Bảng 1 là điểm tới hạn của một số dung môi hayđược sử dụng trong chiết xuất Trong số các chất này, CO2 siêu tới hạn được ứngdụng nhiều hơn cả vì có áp suất, nhiệt độ tới hạn nhỏ (73 bar và 30,9°C) Kết quảkhảo sát về khả năng hòa tan cho thấy SC- CO2 có đặc tính hòa tan tương tự n-hexan - một dung môi ít phân cực Tuy nhiên độ phân cực của SC- CO2 phụ thuộc

và nhiệt độ và áp suất tới hạn, đồng thời phụ thuộc vào tỷ lệ các dung môi hỗ trợ(co-solvent) Trong thực tế người ta có thể làm tăng độ phân cực của SC- CO2 bằng

Hình 4 Đồ thị biểu diễn trạng thái vật chất của chất lỏng siêu tới hạn

cách thêm ethanol nồng độ 3 - 5%, nhờ vậy có thể chiết xuất được các hoạt chất cótính phân cực cao.

Bảng 1 Một số dung môi sử dụng cho phương pháp chiết siêu tới hạn

Dung môi Nhiệt độ tới hạn

( ℃) ) Áp suất tới hạn (bar)

Tỷ trọng riêng tớihạn (g/cm3

So sánh các tính chất của trạng thái khí, lỏng và siêu tới hạn được tóm tắt ở bảng 2

Bảng 2 So sánh các đặc tính ở ba trạng thái rắn – lỏng – siêu tới hạn của

CO2 vẫn là dung môi được lựa chọn áp dụng nhiều nhất CO2 có tính chất hóa lý đặcbiệt như: Sức căng bề mặt thấp; Độ linh động cao, độ nhớt thấp; Tỷ trọng xấp xỉ tỷtrọng của chất lỏng; Có thể điều chỉnh khả năng hòa tan các chất bằng cách thay đổinhiệt độ và áp suất; Có điểm tới hạn thấp (áp suất 73 bar và nhiệt độ 30,9°C)

 Nguyên lý của phương pháp chiết siêu tới hạn

Khi CO2 được đưa lên nhiệt độ, áp suất cao hơn nhiệt độ, áp suất tới hạncủa nó (áp suất 73 bar và nhiệt độ 30,9°C), CO2 sẽ chuyển sang trạng thái siêu tớihạn Tại trạng thái này CO2 mang hai đặc tính: Đặc tính phân tách của quá trìnhtrích ly và đặc tính phân tách của quá trình chưng cất.

Nó có khả năng hoà tan rất tốt các đối tượng cần tách ra khỏi mẫu ở cả 3dạng rắn, lỏng, khí Sau quá trình chiết, để thu hồi sản phẩm chỉ cần giảm áp suấtthấp hơn áp suất tới hạn thì CO2 chuyển sang dạng khí ra ngoài còn sản phẩm đượcthoát ra ở bình hứng

Ở mỗi điều kiện nhiệt độ, áp suất khác nhau sẽ tương ứng với mỗi một đốitượng cần chiết tách khác nhau

Hình 5 Sơ đồ cấu tạo thiết bị chiết xuất siêu tới hạn

 Ưu và nhược điểm của phương pháp chiết xuất siêu tới hạn sử dụng dung môi CO 2

 Ưu điểm:

So với các phương pháp chiết thông thường thì chiết xuất siêu tới hạn sử dụngdung môi CO2 có nhiều ưu điểm:

- Sản phẩm có chất lượng cao: Đối với tinh dầu thì có màu, mùi tự nhiên, khônglẫn nhiều thành phần không mong muốn, với các hợp chất tự nhiên thì tách đượccác chất có hoạt tính cao.

- Tách các hoạt chất với hàm lượng cao

- Không còn lượng dung môi dư thừa

- Không gây ô nhiễm môi trường

- Là một phương pháp có công nghệ cao và an toàn với các sản phẩm tự nhiên

- Bảo toàn trọn vẹn tính năng tác dụng của hoạt chất giúp cho hiệu quả điều trịcủa chế phẩm dược liệu sẽ đạt ở mức tối đa nhất

- Phân tách các hoạt chất tinh khiết, loại bỏ các hoạt chất không cần thiết do đólàm giảm độc hại cho cơ thể, chế phẩm sẽ an toàn hơn

- Có khả năng tạo ra các nguyên liệu dược liệu dạng Nano từ đó có thể bào chếcác hoạt chất siêu dẫn, siêu thấm, siêu chọn lọc rất giá trị đối với y học hiện đạitrong tương lai

 Nhược điểm: Tuy nhiên, phương pháp này có một số hạn chế sau:

- Thiết bị chuyên dụng, đắt tiền

- Không thích hợp với mẫu chiết ở thể lông

- Chỉ thích hợp để chiết các hợp chất ít phân cực

- Khó chiết khi sử dụng hỗn hợp dung môi

- Phương pháp chiết xuất siêu tới hạn cần có nhiều nghiên cứu tìm ra cácthông số tối ưu để chiết thành công

 Một số ứng dụng trong chiết xuất siêu tới hạn CO 2

Hiện nay dung môi CO2 đang được nghiên cứu, sử dụng trong nhiều lĩnh vựcnhư: tổng hợp hóa học, phân tích, bào chế, đặc biệt trong chiết xuất các hợp chất tựnhiên sử dụng trong dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm

 Tách chiết các hoạt chất sử dụng trong dược phẩm

Với nhiều ưu điểm so với các phương pháp truyền thống, chiết xuất siêu tớihạn đang được ứng dụng phổ biển để chiết xuất các hoạt chất từ thảo mộc Các chấtkhông bền bởi nhiệt, dễ bị oxy hóa, rất phù hợp với công nghệ này Người ta còndùng dung môi SC- CO2 để chiết xuất vinlastine - hoạt chất chống ung thư từ câydừa cạn, chiết taxol từ vỏ cây thuỷ tùng, chiết maytansin từ cây Maytenussenegalensis, chiết xuất các hoạt chất từ cây bạch quả (Gingko biloba) có tác dụngchống oxy hóa, chống thiểu năng tuần hoàn não, cải thiện trí nhớ

 Tách loại bỏ cafein trong chè xanh và cà phê

Hiện nay, cà phê (Coffea sp.), chè (Camellia sinensis) là những đồ uốngđược sử dụng phổ biến ở các nước Á, Âu, Mỹ Nhưng do có hàm lượng cafein cao

- gây kích thích thần kinh trung ương, mất ngủ, lo âu, bồn chồn, nhịp tim nhanh

Để khắc phục tác dụng không mong muốn, người ta sử dụng công nghệ chiết xuấtbằng CO2 để loại bỏ, hạ thấp hàm lượng cafein, còn dưới 0,1% mà vẫn giữ nguyênhương vị tự nhiên ban đầu Vì vậy các sản phẩm cà phê không cafein đang dần thaythế các sản phẩm truyền thống

 Chiết các dầu thực vật

Dầu thực vật bản chất là các triglyceride của glycerin và các acid béo nochiếm tỷ cao, khi dùng các phương pháp chiết xuất truyền thống như: nhiệt khô,nhiệt ẩm thường thu được sản phẩm có chất lượng không ổn định do quá trình oxyhóa bởi oxy, vết kim loại, nhiệt độ làm cho sản phẩm dễ bị ôi khét Công nghệchiết siêu tới hạn sử dụng CO2 đã khắc phục được những nhược điểm này Ở HànQuốc, người ta đã chiết được dầu hạt vừng đen (Sesamum indicum L.) công suất15.000 tấn/năm cung cấp cho thị trường nội địa và xuất khẩu Sản phẩm thu được có

hàm lượng alpha tocopherol cao hơn hẳn so với sản phẩm sử dụng công nghệ chiếtxuất truyền thống.

 Chiết các tinh dầu, chất thơm trong dược liệu

Với đặc tình rất khó tan trong nước, tan tron cồn và các dung môi hữu cơ,đặc biệt tan tốt trong SC- CO2, tinh dầu và chất thơm trong dược liệu đã được chiếtxuất hiệu quả bằng phương pháp chiết xuất siêu tới hạn Ưu điểm lớn nhất củaphương pháp này trong chiết xuất tinh dầu, hương liệu là: hiệu suất chiết cao hơn sovới phương pháp cất kéo hơi nước hoặc dung dung môi hữu cơ

Ngoài ra sản phẩm thu được có độ tinh khiết cao, vẫn giữ được hương thơmđặc trưng của dược liệu, đặc biệt các tinh dầu rẽ bị oxy hóa, không bền bởi nhiệtnhư tinh dầu tỏi (Allium sativum), tinh dầu quý hiếm như tinh dầu hương bài(Vetiveria zizanioides), tinh dầu trầm hương (Aquilaria crassna) Đây là nhữnghương liệu được sử dụng phổ biến trong đời sống [ CITATION GST18 \l 1033 ]

Tên khoa học: Allium cepa L.

Tên nước ngoài: onion (Anh)

1.2.1.2 Mô tả thực vật

Cây thảo, nhẵn, sống dai do một hành phình to mà ta thường gọi là củ hành, cókích thước thay đổi, gồm nhiều vẩy thịt tức là các bẹ có chứa nhiều chất dinhdưỡng Củ hành có hình dạng tròn đều (hình cầu) hoặc tròn hơi dẹp hình bầu dụchoặc hình bầu dục dài, thường có màu vàng hay màu tím hoặc màu trắng

Thân chính thức nằm ở dưới giò mang nhiều rễ nhỏ Lá dài hình trụ, nhọn, rỗng

ở giữa Hoa họp thành tán giả nằm ở đầu một cán hoa hình ống tròn, phình ở giữa.Hoa màu trắng có cuống dài Quả hạch, có màng; 3 góc với 3 ngăn, bên trên có númnhuỵ còn tồn tại Hạt có cánh dày, đen nhạt, ráp

Hình 6 Thân, củ và hoa Hành tây

1.2.1.3 Phân bố sinh thái

Hành tây có nguồn gốc từ vùng Trung Á, được trồng từ thời Thượng cổ Hànhtây chịu lạnh giỏi ở nhiệt độ dưới 10oC Nhưng yêu cầu nhiệt độ không khí nơitrồng chỉ trong phạm vi 15-25oC Thường nhân giống bằng hạt Tốc độ nảy mầmcủa hạt biến động trong phạm vi 7-15 ngày, có khi tới 20 ngày nhưng nếu gieo hạtvào những tháng có nhiệt độ cao thì hạt mau nảy mầm hơn

Hiện nay, các vùng trồng Hành tây chủ yếu ở nước ta dùng một trong hai giốngGrano và Granex nhập từ Pháp và Nhật Hành Grano có củ hành tròn cao, vỏ ngoàimàu vàng đậm, thịt trắng; còn hành Granex có hình tròn dẹp, dáng dẹp, vỏ ngoàimàu vàng nhạt, thịt trắng, có đường kính củ lớn hơn; cả hai giống đều có chất lượngngon, đã thích hợp với hầu hết các vùng trồng hành lớn ở đồng bằng sông Hồng,vùng duyên hải miền Trung cũng như vùng Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng.

1.2.2 Thành phần hoá học vỏ hành tây

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh sự hiện diện một lượng đáng kể củaphenol, flavonoid, flavanol, anthocyanin, tannin, acid vanillic và acid ferulic trongphụ phẩm hành tây

Hình 7 Cấu trúc một số hợp chất giá trị được phân lập trong vỏ hành tây

Hình 8 Cấu trúc các hợp chất có hoạt nh sinh học quan trọng trong vỏ

hành tây

Các phytochemical của phụ phẩm hành tây được tóm tắt trong Bảng 4 và cấutrúc của các hợp chất quan trọng trong vỏ hành tây được trình bày trong Hình 8 và9

Bảng 3 Phương pháp chiết hoạt chất có trong vỏ hành tây

Năm Nguyên liệu Phương

pháp chiết

Quercen, Quercen 3’-glucosid, Quercen4’- glucosid, Quercen 3,4’-diglucosid,Isorhamnen 3,4’-diglucosid,Isorhamnen 4’-glucosid, Acidpcoumaric, Acid vanillic, Epicatechin,

Morin

[ CITATIONVBe11

\l 1033],[ CITATIONJKi13

\l 1033]

âm vớihỗn hợpdung môimethanol– aceton -nước

Quercen (dạng tự do), Quercen (dạngliên kết), Quercen (dạng ester hóa),Quercen 3,4’ - diglucosid (dạng tự do),Quercen 3,4’-diglucosid (dạng liên kết),Quercen 3,4’-diglucosid (dạng esterhóa), Kaempferol (dạng tự do),Kaempferol (dạng liên kết),Kaempferol (dạng ester hóa)

[ CITATIONTAl13

\l 1033]

2015 Chất thải

rắn hành tây

Chiết hỗtrợ siêu

Dẫn chất Acid Protocatechuic, dihydroxybenzoyl)-2,4,6-

2-(3,4-[ CITATIO