Báo cáo trình bài về các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất dược liệu

Phương pháp chưng cất thường dùng để tách biệt tinh chế các chất cónhiệt độ sôi khác nhau ra khỏi hỗn hợp của nó.. Có nhiều phương pháp chưng cấtkhác nhau tùy thuộc vào tính chất của h

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NAM CẦN THƠ

4 Lê Phước Toàn

5 Lê Thị Kim Hoa

Cần Thơ - 2018

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

NỘI DUNG 3

MỤC TIÊU 3

1 Thăng hoa 3

2 Chưng cất 4

3 Giải phóng giai đoạn 9

4 Kết tinh phân đoạn 9

5 Sắc ký 10

6 Chiết phân bố 14

7 Ứng dụng 17

KẾT LUẬN 23

ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, nhiều nước trên thế giới, với xu hướng "trở về thiên nhiên" thìviệc sử dụng các thuốc từ dược liệu của người dân ngày càng gia tăng, nhữngthuốc này phù hợp với quy luật sinh lý của cơ thể con người mà rất ít những tácđộng có hại

Dược liệu hiện không chỉ là nguồn cung cấp nguyên liệu cần thiết cho ngành

Y Dược mà còn thật sự hữu ích cho cả ngành sản xuất thực phẩm, mỹ phẩm,hương liệu Bộ Y tế ủng hộ chủ trương nhất quán của TH khi chọn sản xuất cácsản phẩm thực phẩm thiết yếu sạch, hoàn toàn từ thiên nhiên là hướng đi phùhợp với xu hướng hiện nay là hướng tới thiên nhiên chăm sóc sức khỏe cộngđồng

Theo Bộ trưởng Nguyễn Thị Kim Tiến, đã đến lúc cần quan tâm đúng mứcđến việc khai thác những giá trị tiềm ẩn của cây thuốc, từ khâu bảo tồn, trồngtrọt, khai thác đến thu hái, sản xuất, chế biến, phân phối Hoàn thiện chuỗi giá trịkhép kín này, chúng ta có thể biến nguồn dược liệu quý thành hành hóa có giátrị cao, được tiêu thụ rộng rãi Đây vừa là giải pháp hữu hiệu nâng cao sức khỏetoàn dân, vừa góp phần cân bằng hệ sinh thái và phát triển kinh tế - cho ngườitrồng một cuộc sống ấm no

Với điều kiện thiên nhiên nhiều ưu đãi, Việt Nam có khí hậu nhiệt đới nóng

ẩm cùng một hệ sinh thái phong phú và đa dạng, đó là điều kiện thuận lợi đểphát triển nguồn dược liệu phục vụ nhu cầu sản xuất trong nước Tuy nhiên,nhiều loại dược liệu quý có thể làm thuốc chữa bệnh cho nhân dân, nhưng chưađược quy hoạch, phát triển chuỗi giá trị, dẫn đến hiệu quả thấp, việc khai thácchế biến còn bất cập Nhiều loại dược liệu quý có nguy cơ cạn kiệt; đặc biệt việcnghiên cứu ứng dụng khoa học công nghệ trong sản xuất chế biến dược liệu cònmanh mún và chưa kịp so với các nước trong khu vực…

Mặc dù có tiềm năng thế mạnh rất lớn về tài nguyên dược liệu nhưng có mộtnghịch lý là hiện nay chúng ta mới chủ động được 30% nhu cầu, còn 70% cònlại chúng ta phải phụ thuộc nguồn nhập khẩu với chất lượng khó kiểm soát Vìvậy, Đề án phát triển ngành Dược đến năm 2030 đặt ra bốn mục tiêu: Phát triểnbền vững; gắn dược liệu vào sản xuất công nghiệp; phải có đầu tư của nhà nước

về chính sách về nghiên cứu cây trồng; bảo tồn và xã hội hóa để các thành phầnkinh tế cả trong và ngoài nước tham gia

Việt Nam có thể tận dụng thời cơ để củng cố, phát huy sức mạnh nền y dượchọc cổ truyền, nhất là trong bối cảnh các nhà khoa học, nhà sản xuất trên thếgiới đang rất quan tâm tìm kiếm các hoạt chất tự nhiên có hoạt tính sinh học cao

để làm thuốc chăm sóc sức khỏe con người Với nguồn tài nguyên dược liệu

1

phong phú, cùng với vốn kinh nghiệm chữa bệnh của cộng đồng, các dân tộcngười Việt chính là tiềm năng to lớn để nghiên cứu, chiết xuất các hoạt chất vàtạo ra những loại thuốc mới từ dược liệu có hiệu lực chữa bệnh cao, những thựcphẩm có chức năng hoàn toàn tự nhiên, tốt cho sức khỏe.

Trong chủ đề này, nhóm sẽ cố gắng khai thác để bổ sung thêm kiến thức vềchiết xuất và tinh chế hợp chất từ dược liệu để các bạn có đủ kiến thức và kỹnăng cơ bản cần thiết làm cơ sở cho việc học tập các chuyên đề liên quan và ứngdụng trong thực tiễn công tác sau này

1. Thăng hoa

Thăng hoa là quá trình làm bay hơi chất rắn thành hơi rồi ngưng tụ lại thànhtrạng thái rắn, không qua trạng thái lỏng Những chất chuyển từ trạng thái rắnsang trạng thái khí mà không qua trạng thái lỏng gọi là chất thăng hoa

Sự thăng hoa xảy ra ở nhiệt ñộ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi.Thăng hoa có thể thực hiện trực tiếp trên dược liệu như tách cafein từ chèhoặc có thể sử dụng để tách và tinh chế các hợp chất có trong dịch chiết thô Cácthiết bị hiện đại cho phép sử dụng áp suất giảm và kiểm soát được nhiệt độ trongquá trình thăng hoa

Phương pháp thăng hoa có ưu điểm hơn các phương pháp khác là thu đượcchất tinh khiết hơn và có thể dùng một lượng nhỏ chất Ngược lại phương phápnày cũng có nhược điểm là các chất bẩn phải có tính bay hơi khác nhiều so vớichất tinh chế, quá trình thăng hoa thường chậm và hao phí nhiều chất hơn cácphương pháp khác

Tốc độ thăng hoa tỉ lệ thuận với áp suất hơi của chất ở nhiệt độ xác định, tỉ lệvới độ lớn bề mặt chất bay hơi và tỉ lệ nghịch với áp suất trong bình

Phương pháp tiến hành thăng hoa ở áp suất thường: Với dụng cụ đơn giảnlượng nhỏ là cho chất cần thăng hoa vào chén sứ, phủ bằng giấy lọc có chọcthủng nhiều lỗ nhỏ rồi đậy chén bằng phễu thủy tinh có bọc giấy tẩm ướt hay vảiướt ở bên ngoài, có đậy cuống phễu bằng một ít bông Sau đó đun nóng bát sứtrên ngọn lửa đèn cồn hay trên bếp điện qua lưới amiăng hay trên bếp cách cátmột cách cẩn thận vì nếu đun nóng quá sẽ phân hủy chất thăng hoa

3

2. Chưng cất.

Chưng cất là quá trình chuyển chất lỏng thành hơi rồi ngưng tụ thành lỏng

Để chuyển chất lỏng thành hơi, tiến hành đun sôi chất lỏng đó Chất lỏng sôi khi

áp suất hơi của nó bằng áp suất bên ngoài Khi áp suất bên ngoài giảm thì nhiệt

độ sôi của chất giảm Với một chất tinh khiết thì nhiệt độ sôi không đổi trongquá trình đun, nếu không sẽ có hiện tượng hơi quá nhiệt do đun mạnh

Nếu nhiệt độ sôi của chất thấp hơn nhiệt độ bị phân hủy thì có thể tiến hànhchưng cất ở áp suất thường Còn nếu nhiệt độ sôi của chất cao hơn nhiệt độ phânhủy thì phải tiến hành chưng cất ở áp suất thấp

Phương pháp chưng cất thường dùng để tách biệt ( tinh chế ) các chất cónhiệt độ sôi khác nhau ra khỏi hỗn hợp của nó Có nhiều phương pháp chưng cấtkhác nhau tùy thuộc vào tính chất của hỗn hợp chất lỏng :

 Với các chất có nhiệt độ sôi xa nhau thường chọn phương pháp cất đơnhay cất thường

 Với các chất có nhiệt độ sôi gần nhau thường chọn phương phápchưng cất phân đoạn

 Phương pháp chưng cất kéo hơi nước dùng để tách biệt các chất tronghỗn hợp, trong đó có một chất không tan trong nước và dễ bay hơi vớihơi nước Thông thường phương pháp này được lựa chọn khi thỏa mãncác điều kiện trên và không thực hiện được với hai phương pháp trên.Các phương pháp chưng cất trên có thể tiến hành ở áp suất bình thường hoặc

ở áp suất thấp tùy vào đặc điểm tính chất của hỗn hợp chưng cất Dụng cụ dùng

để chuyển từ dạng hơi sang dạng lỏng trong quá trình chưng cất được gọi là ống

Hình 1 Dụng cụ thăng hoa phòng thí nghiệm

sinh hàn Có nhiều loại ống sinh hàn: ống sinh hàn không khí, ống sinh hànnước; ống sinh hàn thẳng, xoắn, bầu, tùy vào bản chất của các chất và tùy vàomục đích sử dụng Với chất lỏng sôi ở nhiệt ñộ thấp hơn 80oC thì dùng ống sinhhàn nước, nếu cao hơn 150oC thì dùng sinh hàn không khí, còn trong giới hạn

200 – 300oC thì hứng trực tiếp ở nhánh bình cất

Cất phân đoạn thường được sử dụng để tách các hợp phần trong một hỗn hợpcác chất dễ bay hơi Trong hóa thực vật nó được sử dụng rộng rãi trong phân lậpcác hợp phần của tinh dầu Tuy nhiên khó có thể sử dụng phương pháp này đểtách các hợp phần phụ trong hỗn hợp tinh dầu dưới dạng tinh khiết Để phân lậptỉnh dầu, acid hydrocyanic và một số alcaloid thể lỏng như spactein, nicotin từthực vật thường sử dụng phương pháp cất kéo hơi nước

2.1 Chưng cất thường (chưng cất đơn giản, chưng cất đơn).

Chưng cất đơn giản ở áp suất thường dùng để tách biệt chất đủ bền khi đunnóng và thực tế không bị phân hủy ở nhiệt độ sôi Phương pháp này thườngdùng với các chất có nhiệt độ sôi cao hơn 40oC và thấp hơn 160oC vì những chấtlỏng sôi thấp hơn 40oC sẽ mất đi nhiều sau khi chưng cất nên không có hiệu quả.Nếu chưng cất sử dụng ống sinh hàn, thì các ống sinh hàn này thường đượclắp xuôi để chất ngưng tụ thu được ở bình hứng Tốc độ cất thường từ 1-2 giọtchất lỏng rơi vào bình hứng trong 1 giây Để chất lỏng sôi đều và tránh hiệntượng quá nhiệt sẽ không có hiện tượng sôi với biểu hiện các hạt chất lỏngchuyển động trên bề mặt chất lỏng, dẫn đến hiện tượng thỉnh thoảng chất lỏngsôi trào mạnh và tràn sang bình hứng, cần phải cho vào bình cất một ít đá bọt,hay ống mao quản hàn kín một đầu vào ngay khi bắt đầu đun nóng

Chú ý không được cho đá bọt vào bình cất khi đang sôi

5HÌnh 2 Hệ thống chưng cất đơn giản ở áp suất thường

2.2 Chưng cất phân đoạn.

Chưng cất phân đoạn dùng để tách biệt hỗn hợp các chất lỏng hòa tan vàonhau Để tách các chất khác nhau khỏi hỗn hợp chất lỏng có thể dùng phươngpháp chưng cất thường nhiều lần thường gọi là chưng cất “thuận dòng” Tuynhiên để tăng hiệu suất chưng cất và giảm số lần chưng cất, người ta dùng cột

Hình 3 Hệ thống chưng cất đơn giản ở áp suất thấp(1: bình chứa mẫu chưng cất, 2: ống mao quản, 3: van, 4: nhiệt kế, 5:ống sinh hàn lắp xuôi, 6: ống nối cong, 7: bình hứng, 8: van thông với

áp suất khí quyển, 9: ống chữ T, 10: bình bảo hiểm, 11: áp kế)

Hình 4 Thiết bị chưng cất hiện đại trong phòng thí nghiệm

cất phân đoạn Bản chất tác dụng của cột cất phân đoạn là ngưng tụ từng phầnhỗn hợp hơi và cho bay hơi từng phần chất ngưng tụ lại một cách liên tục Hơibay lên cột cất phân đoạn càng cao sẽ càng giàu cấu tử có nhiệt độ sôi thấp, cònchất lỏng chảy trở lại vào bình sẽ giàu cấu tử có nhiệt độ sôi cao Cấu tạo củacột cất đảm bảo tiếp xúc tốt giữa chất lỏng chảy xuống và hơi đi lên trên, nêngọi là chưng cất “ ngược dòng ” Trong cột cất, nếu số mắt hay đĩa càng nhiềuthì sự tách biệt càng hoàn toàn hơn nhưng tốc độ cất càng nhỏ, vì mỗi mắt hayđĩa có tác dụng như một lần cất thường.

7

Hình 5 Một số dạng cột chưng cất phân đoạn

Hình 6 Hệ thống dụng cụ chưng cất phân đoạn( 1 Bình chứa mẫu chưng cất, 2 Cột cất phân đoạn, 3 Nhiệt kế, 4 Ống sinh hàn )

2.3 Chưng cất kéo hơi nước.

3. Giải phóng giai đoạn.

Một số nhóm hợp chất tự nhiên có thể giải phóng phân đoạn từ một hỗn hợp.Phương pháp dựa vào khả năng phân ly mạnh yếu khác nhau của các chất tronghỗn hợp cần tách Ví dụ một hỗn hợp muối alcaloid trong dung dịch nước, nếuthêm từ từ vừa đủ từng phần dung dịch kiềm, lúc đầu base yếu nhất sẽ được giảiphóng ra dưới dạng base tự do Tăng dần độ kiềm lên sẽ lần lượt giải phóng cácbase có tính kiềm mạnh dần Mỗi lần thêm kiềm vào ta lắc hỗn hợp với dungmôi hữu cơ thì sẽ thu được các phân đoạn của từng alcaloid ở dạng base Có thểdùng phương pháp này để tách các acid hữu cơ có thể hoà tan trong dung môikhông trộn lẫn nước Nếu ta có một hỗn hợp muối các acid hữu cơ ta có thể giảiphóng phân đoạn các acid đó bằng cách thêm dần các acid vô cơ

4. Kết tinh phân đoạn.

Kết tinh là quá trình tách chất rắn hòa tan trong dung dịch dưới dạng tinhthể Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên độ tan khác nhau của các chất củamột hỗn hợp trong một dung môi hoặc hỗn hợp dung môi nhất định Để 1 chấtkết tinh phải tạo ra dung dịch quá bão hòa của chất đó, bằng cách loại một phầndung môi, thay đổi nhiệt đô, pH hoặc dùng đối dung môi… Khi kết tinh vớilượng dung môi thích hợp sẽ thu được tinh thể sạch của chất ít tan Để phân

9Hình 8 Hệ thống chưng cất phân đoạn với 4 điểm xác định nhiệt độ

riêng các chất từ 1 hỗn hợp bằng phương pháp kết tinh, các chất đó phải có độtan khác nhau Có thể thay đổi độ tan của một chất bằng cách chuyển chúngsang dạng muối hoặc dẫn chất thích hợp, ví dụ muối monosulfat khi phân lậpquinin, muối mononitrat khi phân lập strychnin Kết tinh phân đoạn là phươngpháp hiệu quả, chi phí thấp, được ứng dụng rộng rãi để tinh chế và phân lập cáchợp chất tự nhiên, đặc biệt là các alcaloid vì chúng thường dễ kết tinh, nhất làdạng muối.

Quá trình kết tinh lại gồm các giai đoạn sau:

 Hòa tan mẫu chất rắn không tinh khiết trong dung môi thích hợp

 Lọc nóng dung dịch trên để loại bỏ chất phụ không tan

 Làm lạnh dung dịch hoặc đuổi bớt dung môi để tạo dung dịch bão hòa

Có nhiều phương pháp sắc kí: sắc kí phân bố, sắc kí hấp phụ và sắc kí traođổi ion, hoặc có thể phân loại phương pháp sắc kí như sau: sắc kí cột, sắc kí lớpmỏng, sắc kí giấy,

5.1 Sắc ký hấp phụ.

Hình 9 Sự hấp thụ

Hấp phụ là sự tập trung của một chất hoặc một nhóm chất lên bề mặt mộtchất mang (chất hấp phụ) Sự hấp phụ của các phân tử hòa tan từ một dung dịch,lên bề mặt chất mang rắn, đóng vai trò quan trọng trong tinh chế dịch chiết dượcliệu Quá trình được ứng dụng cả trong việc loại bỏ tạp chất hay thu hồi chọn lọcmột hoặc một nhóm hoạt chất từ dịch chiết Ví dụ để tẩy màu và làm trong dungdịch ta sử dụng than hoạt các tạp chất màu sẽ bị hấp phụ bởi than hoạt và sau khilọc ta sẽ thu được một dung dịch không màu

Tất cả các chất rắn khi được phân chia nhỏ đều có khả năng hấp phụ ít nhiềucác chất khác trên bề mặt của nó và ngược lại tất cả các chất đều có thể bị hấpphụ từ dung dịch ở các mức độ khác nhau Hiện tượng hấp phụ chọn lọc lànguyên lý cơ bản của sắc ký hấp phụ

Quá trình cơ bản của sắc ký có thể được mô tả dựa trên thí nghiệm củaTswett: dịch chiết ether dầu hoá của lá cây tươi được cho qua một cột thuỷ tinhthăng đứng trong có chứa bột calci carbonat Các sắc tố trong cột bị hấp phụ vàochất nhồi cột và tách ra trong quá trình chảy qua cột Các sắc tố hấp phụ mạnhhơn như Xanthophyl và chlorophyll sẽ tập trung thành các băng màu đặc trưnggần đỉnh cột trong khi các sắc tố có độ hấp phụ kém hơn như các caroten tậptrung ở các băng thấp hơn phía dưới

Thường việc tách hoàn toàn các thành phần thành các băng rõ rệt không xảy

ra ở giai đoạn hấp phụ đầu tiên (phần đỉnh cột).Tiếp tục triển khai cột bằng dungmôi tinh khiết, các chất bị hấp phụ sẽ di chuyển dần xuống phía dưới và cácbăng được tách ra xa nhau hơn.Trong nhiều trường hợp quá trình được tiến hànhhiệu quả hơn nhờ sử dụng dung môi triển khai khác mà các chất ít bị hấp phụ từ

nó hơn.Ví dụ nếu ether dầu hỏa có chứa một ít alcol được cho qua cột trong thínghiệm mô tả ở trên thì các băng sẽ tách ra xa nhau hơn và sẽ chạy qua cộtnhanh hơn so với khi chỉ dùng ether dầu hỏa để triển khai Khi ta cho dung môitiếp tục chạy qua cột, băng thấp hơn trong cột sẽ chạy tới đáy cột, sắc tố sẽ thuđược ở dịch chảy ra ở đáy cột Quá trình này gọi là quá trình giải hấp phụ(elution), dung dịch đó được gọi là dung dịch giải hấp phụ (eluiate) Các chất dễhấp phụ từ các dung môi không phân cực như ether dầu hỏa, benzen thường dễdàng giải hấp phụ bằng các dung môi phân cực như alcol, nước, pyridin…Mộtvài các hợp chất bị hấp phụ ở pH nhất định sẽ được giải hấp phụ ở một pH khác.Khi tiến hành sắc ký các chất không màu, các băng của các chất bị hấp phụkhông trông thấy được.Trong một số trường hợp có thể sử dụng đèn tử ngoại đểxác định các vùng phát quang hoặc có thể chia sắc phổ ra nhiều phần nhỏ riêngbiệt và giải hấp phụ hoặc chiết từng phần nhỏ đó riêng rẽ Đôi khi người ta thudịch giải hấp phụ của toàn bộ cột thành các phần riêng biệt rồi tiến hành phântích riêng các phần riêng biệt đó Dụng cụ để tiến hành sắc kỳ hấp phụ rất đơngiản chỉ gồm một cột hình trụ, bên trong nhồi chất hấp phụ Các chất hấp phụ

11

hay dùng là silica gel, nhôm oxyd, magnesi oxyd, kaolin, than hoạt và một sốloại bột đường.

Sắc ký hấp phụ cho kết quả tốt với các hợp chất không ion hoá tan đượctrong dung môi hữu cơ Phương pháp cũng áp dụng hiệu quả với một số hợpchất tan trong nước

5.2 Sắc ký trao đổi ion.

Trao đổi ion là phương pháp sắc ký dựa vào sự trao đổi thuận nghịch giữacác ion đã bị hấp phụ trên chất mang rắn (nhựa trao đổi ion) và ion trong dungdịch Các chất trao đổi ion có khả năng gắn kết với các phân tử ion hóa và táchchúng khỏi dung dịch Nhựa trao đổi ion có 2 loại nhựa trao đổi cation (chấtmang tích điện âm có khả năng hấp phụ các phần tử tích điện dương) và nhựatrao đổi anion (chất mang tích điện dương có khả năng hấp phụ các phân tử tíchđiện âm) Ngoài ra có loại nhựa lưỡng tính có khả năng trao đổi đồng thời cảcation và anion Các nhựa trao đổi này không tan trong nước và dung môi hữu

cơ Nhựa có thể được hoàn nguyên và tái sử dụng nhiều lần

Loại nhựa được dùng phổ biến trong công nghiệp dược là các polystyren,chứa các nhóm trao đổi gắn trên khung ba chiều Các nhóm trao đổi hay gặpgôm :

 SO3-H+: nhóm trao đổi cation acid mạnh

COO-H+: nhóm trao đổi cation acid yếu

Hình 10 Sắc ký trao đổi ion