CO2 chỉ phù hợp để chiết xuất các hợp chất có độ phân cực kém cho đến trung bình, do vậy khi chiết xuất các hoạt chất có tính phân cực cao cần bổ sung thêm một lượng nhỏ đồng dung môi. Do nước, ethanol 96%, isopropanol, ethyl acetat và aceton là những dung môi xanh, không độc hại và có khả năng hòa tan tốt cafein nên đề tài thực hiện nghiên cứu loại cafein bằng sCO2 kết hợp các loại đồng dung môi này.
Tiến hành thí nghiệm với 20 g nguyên liệu kích thước hạt ≤ 1 mm và 10 mL đồng dung môi theo mục 2.3.2 và định lượng mẫu sản phẩm thu được theo mục 2.3.1. Kết quả thu được như bảng sau:
Bảng 3.5 Ảnh hưởng của đồng dung môi đến hiệu suất chiết cafein và EGCG
Điều kiện chiết xuất Hiệu suất chiết (%) Hệ số
chiết chọn lọc Loại đồng dung môi Áp suất (bar) Nhiệt độ (°C) Thời gian
(giờ) Cafein EGCG
(-) 200 50 3 5,30 2,01 2,64 Nước 200 50 3 20,20 19,60 1,03 EtOH 96% 200 50 3 16,00 10,32 1,55 Isopropanol 200 50 3 12,90 9,10 1,20 Ethyl acetat 200 50 3 10,30 7,00 1,47 Aceton 200 50 3 9,10 6,20 1,47
25
Nhận xét
Hiệu suất chiết cafein khi không có đồng dung môi rất thấp (5,30%) mặc dù hệ số chiết chon lọc cafein/EGCG cao (2,64). Kết quả cho thấy loại đồng dung môi có ảnh hưởng mạnh đến hiệu suất chiết cafein và EGCG cũng như hệ số chiết chọn lọc. Trong đó, hỗn hợp sCO2/nước có hiệu suất chiết cafein và EGCG cao nhất, lần lượt đạt 20,20 và 19,60%. Với các đồng dung môi khác, hiệu suất chiết cafein và EGCG thấp hơn, giảm theo thứ tự đồng dung môi nước > EtOH 96% > isopropanol > ethyl acetat > aceton. Có thể giải thích điều này như sau: Thêm một lượng nhỏ đồng dung môi phân cực vào sCO2 làm tăng độ phân cực, tỷ trọng và khả năng liên kết với phân tử chất tan của hỗn hợp sCO2/đồng dung môi. Trong đó tương tác hydro và Van der Waals là các động lực chủ yếu giúp phân tán phân tử chất tan vào hỗn hợp sCO2/đồng dung môi, tuy nhiên tương tác nào chiếm ưu thế tùy thuộc vào thành phần của hỗn hợp dung môi. Nước và các dung môi phân cực như EtOH 96% dễ dàng tạo liên kết hydro với cafein và EGCG thông qua tương tác giữa nhóm hydroxyl của đồng dung môi với nguyên tử nitơ cũng như các nhóm ceton trong phân tử cafein hay các nhóm phenol của EGCG. Do phân tử EGCG có nhiều nhóm hydroxyl nên liên kết hydro giữa đồng dung môi và EGCG mạnh hơn so với cafein. Mặc dù liên kết hydro cũng có thể xảy ra giữa EtOH và các phân tử chất tan, tuy nhiên không mạnh bằng dung môi nước vì mỗi phân tử EtOH chỉ chứa một nguyên tử hydro mang điện dương đủ cho việc hình thành liên kết, trong khi mỗi phân tử nước có tới hai nguyên tử hydro mang điện dương. Với các alcol phân tử lượng thấp như EtOH, vai trò của nhóm hydroxyl phân cực nổi trội hơn lực tương tác yếu nội phân tử Van der Waals [43]. Ngược lại, lực Van der Waals chiếm ưu thế trong các đồng dung môi ít phân cực hơn nước như EtOH 96%, isopropanol, aceton và ethyl acetat. Độ tan của cafein trong các đồng dung môi này thấp hơn trong nước do sự thiếu hụt các trung tâm tạo liên kết hydro trong phân tử dung môi. Trong đó, EtOH 96% cho hiệu suất chiết cafein cao hơn aceton và ethyl acetat do khả năng tạo liên kết hydro với cafein cao hơn [8]. Isopropanol/sCO2 cho hiệu suất chiết cafein thấp hơn EtOH 96%/sCO2 do
26
isopropanol khan nước nên giảm hình thành liên kết hydro với cafein và ảnh hưởng cản trở do hiệu ứng không gian [25]. Ngoài ra, dược liệu trương nở tốt hơn trong dung môi nước, giúp tăng hiệu suất chiết.
Mặc dù hiệu suất chiết cafein khi sử dụng đồng dung môi là EtOH 96% thấp hơn đồng dung môi nước nhưng hệ số chiết chọn lọc với đồng dung môi EtOH 96% cao hơn nước (1,55 > 1,03). Cân đối giữa các tiêu chí hiệu suất loại cafein, % EGCG được giữ lại và hệ số chiết chọn lọc, EtOH 96% được lựa chọn cho các khảo sát tiếp theo.