CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.3. Một số khái niệm về trích ly và các phương pháp trích ly polyphenol trong
chè
1.3.1. Bản chất của quá trình trích ly
Bản chất của quá trình trích ly là sự rút chất hòa tan trong chất lỏng hay chất rắn bằng một chất hòa tan khác (gọi là dung môi) nhờ quá trình khuếch tán các chất có nồng độ khác nhau. Trích ly chất hòa tan trong chất lỏng gọi là trích ly lỏng – lỏng, còn trích ly chất hòa tan trong chất rắn là trích ly rắn – lỏng [21].
1.3.2. Các phương pháp trích ly
Hiện nay tùy theo mục đích (mục đích khai thác và mức độ tinh sạch mong muốn hay mục đích phân tích) cũng như điều kiện áp dụng công nghệ mà việc trích ly các hợp chất có trong thực vật có thể tiến hành theo một số phương pháp sau:
1.3.2.1. Kỹ thuật soxhlet
Chiết soxhlet là một trong các kỹ thuật cổ điển nhất, được đề xuất bởi nhà hóa học người Đức Franz Ritter Von Soxhlet. Đầu tiên nó được thiết kế chủ yếu cho việc tách chất béo nhưng hiện nay được ứng dụng cho nhiều mục đích khác nhau, trong đó
có chiết tách các hợp chất có hoạt tính sinh học. Trong chiết soxhlet, dung môi thích hợp liên tục được bốc hơi, ngưng tụ và tiếp xúc với vật liệu rắn để tách chất mục tiêu
trong một thiết bị chuyên dụng (bộ soxhlet). Đối với kỹ thuật này, do những hạn chế
như làm việc gián đoạn, năng suất thấp, thời gian chiết dài nên hiện nay thường chỉ được sử dụng trong nghiên cứu, phân tích và để đối sánh với các kỹ thuật mới khác [31].
1.3.2.2. Kỹ thuật chiết ngâm (maceration)
Với kỹ thuật này, quá trình chiết thường gồm các bước cơ bản sau:
i) vật liệu được nghiền nhỏ để tăng diện tích tiếp xúc với dung môi, ii) dung môi thích hợp được đưa vào trong bình chiết và được trộn đều với vật liệu, iii) tách dung môi có chứa chất mục tiêu ra khỏi bã và ép bã để thu hồi triệt để chất mục tiêu, iv) lọc làm sạch dung môi chứa chất mục tiêu thu được. Ngoài ra, trong phương pháp này
người ta thường kết hợp với khuấy đảo để tăng quá trình khuếch tán của chất tan và làm mới dung môi trên bề mặt vật liệu. Từđó làm tăng hiệu suất trích ly.[20]
Ưu điểm của phương pháp là rẻ tiền, đơn giản, dễ thực hiện, không yêu cầu thiết bị phức tạp, thích hợp với việc chiết tách các hợp chất nhạy cảm nhiệt nhưng có nhược điểm là thời gian trích ly dài và có hạn chế về hiệu suất trích ly.
1.3.2.3. Kỹ thuật ngấm kiệt (percolation)
Trong kỹ thuật này, vật liệu được ngâm ngập trong dung môi và không có khuấy đảo. Khi sự chênh lệch nồng độ chất tan trong vật liệu và ngoài dung môi gần
đạt trạng thái cân bằng, dung môi chứa chất tan sẽđược chiết rút từ từ nhỏ giọt ra khỏi bình chiết. Đồng thời với quá trình này, dung môi mới sẽđược đưa vào để chiết kiệt chất mục tiêu trong vật liệu. Kỹ thuật này có thể thực hiện đơn giản như trên hoặc có thể tiến hành theo cách phân đoạn. Trong chiết phân đoạn, dịch chiết loãng được sử
dụng làm dung môi để chiết vật liệu mới.
Kỹ thuật này cũng có ưu điểm là khá đơn giản, dễ áp dụng. Tuy nhiên thời gian chiết dài và lượng dung môi tiêu thụ lớn.
1.3.2.4. Trích ly có hỗ trợ siêu âm
Cơ sở của phương pháp này là sử dụng sóng siêu âm làm tăng cường quá trình phá vỡ cấu trúc tế bào, tăng cường quá trình chuyển khối, từđó có thể làm tăng hiệu suất trích ly. Bên cạnh đó, phương pháp này cũng cho phép rút ngắn thời gian trích ly và làm giảm tiêu tốn dung môi…[3]. Tuy nhiên kỹ thuật này có thể làm tăng nhiệt của hệ dung môi – vật liệu trong quá trình, do đó có thể không thích hợp trong trích ly các
hoạt chất nhạy cảm nhiệt như polyphenol. Ngoài ra, những khó khăn trong việc triển khai công nghiệp cũng là điểm hạn chế của kỹ thuật này [58].
Cuối cùng, hiện nay phương pháp này vẫn chưa có các đánh giá toàn diện như ảnh hưởng của sóng siêu âm đến sự biến đổi cấu trúc và hoạt tính sinh học của chất cần trích ly, hiệu suất trích ly polyphenol có thực sự được cải thiện hay không vẫn chưa có những kết luận đồng thuận. Ví dụ như trong khi Tao và cộng sự [69] cho biết, trích ly polyphenol từ chè có hỗ trợ siêu âm cho phép nâng hàm lượng polyphenol trong dịch chiết từ 22,04% lên 22,67% thì Amir và cộng sự[14]
lại không nhận thấy có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê khi so sánh giữa trích ly polyphenol từ vỏ quả hồtrăn
(Pistachia vera) có và không có hỗ trợ của sóng siêu âm với cả hai dung môi là nước và methanol.
1.3.2.5. Trích ly có hỗ trợ vi sóng
Trích ly có hỗ trợ vi sóng cũng được xem là một phương pháp mới trong trích ly các hợp chất tự nhiên. Trong kỹ thuật này, trường điện từ trong dải tần từ 300 MHz tới 300 GHz thường được sử dụng. Chúng tạo ra hai trường dao động trực giao là trường từ và trường điện. Trong quá trình này, năng lượng điện từ sẽđược chuyển hóa thành năng lượng nhiệt.[20] Kỹ thuật này thường gồm 3 bước:[13] i) đầu tiên có sự phân tách chất mục tiêu khỏi các vị trí hoạt động của vật liệu do sựtăng nhiệt độ và áp suất, ii) tiếp theo có sự di chuyển của dung môi vào trong vật liệu, iii) cuối cùng, chất mục
tiêu được hòa tan vào dung môi.
Ưu điểm của phương pháp này là thời gian nâng nhiệt và chiết tách nhanh, ít tiêu tốn dung môi, hiệu suất thu hồi cao.[13] Tuy nhiên, nó cũng gặp những hạn chế như
trong kỹ thuật trích ly có hỗ trợ siêu âm như kém phù hợp trong chiết tách các hợp chất nhạy cảm nhiệt và những vấn đề về thiết bị trong triển khai công nghiệp.[103]
1.3.2.6. Trích ly siêu tới hạn
Cơ sở của phương pháp: khi chất khí ở nhiệt độ và áp suất trên điểm tới hạn (gọi là chất lỏng tới hạn) nó bộc lộ khảnăng của một dung môi, nhưng có độ nhớt và khảnăng khuếch tán của một chất khí. Chất lỏng siêu tới hạn có khả năng khuếch tán cao, tính vận chuyển tốt hơn một chất lỏng thường vì vậy nó có khảnăng thích ứng với quá trình chiết tách. Trong kỹ thuật này, CO2 thường được lựa chọn vì nó có mật độ
Ưu điểm chính của phương pháp này là có thể tiến hành ở nhiệt độ thấp, có thể
giảm thiểu sự oxi hóa các chất cần trích ly, an toàn không độc hại và không tốn năng
lượng để tách dung môi (chất lỏng tới hạn) sau trích ly.[63][58] Tuy nhiên nhược điểm chính của phương pháp này là đầu tư trang thiết bị lớn và hiệu quả thấp đối với việc trích ly các hợp chất phân cực như catechin chè. Để sử dụng phương pháp này cho
trích ly polyphenol, người ta thường phải kết hợp CO2 siêu tới hạn với một dung môi phân cực khác như ethanol.
Sau hơn 30 năm phát triển, phương pháp này hiện đã được phát triển ở quy mô công nghiệp trong việc tách caffeine từ cà phê và hoa húp lông.[58]
1.3.2.7. Chiết dung môi ở áp suất cao
Phương pháp này lần đầu tiên được mô tả bởi Richter và cộng sự vào năm
1996.[20] Cơ sở của phương pháp là sử dụng áp suất cao trong quá trình chiết để lưu giữ trạng thái lỏng của dung môi trên điểm sôi của nó. Do vậy, điều kiện làm việc này (nhiệt độ và áp suất cao) sẽlàm tăng khảnăng hòa tan của chất mục tiêu, giảm độ nhớt và sức căng bề mặt của dung môi. Điều này cho phép làm tăng tốc độ chuyển khối và cải thiện hiệu suất trích ly. Bên cạnh đó, khảnăng có thể tựđộng hóa quá trình cũng là
một trong các ưu thế của kỹ thuật này.[40] Tuy vậy, với điều kiện làm việc ở nhiệt độ và áp suất cao có thể kém phù hợp trong việc chiết tách các hợp chất nhạy cảm nhiệt như
catechin chè.
1.3.2.8. Trích ly bằng dung môi có hỗ trợ enzym
Xử lý enzyme của các mẫu thực vật là một kỹ thuật khác phù hợp để giải phóng các hợp chất phenolic. Phenolics trong vật liệu thực vật dường như được liên kết với các polysacarit vách tế bào thực vật bởi cả hai liên kết kỵ nước và kỵ nước.Việc bổ
sung các enzyme có thể làm tan rã các liên kết thành tế bào phenolic và tăng cường chiết xuất phenolic. Gần đây, thủy phân enzyme sử dụng kết hợp pectinase, cellulase
và hemiaellulase đã được chứng minh là tăng cường chiết xuất phenolic từ chất thải rắn mâm xôi. Maier et al. đã phát triển ứng dụng enzyme để chiết xuất phenolic từ bưởi nho. Kapasakalidis và cộng sự đã báo cáo rằng các chế phẩm enzyme cellulose
thương mại thúc đẩy việc chiết xuất polyphenol và anthocyanin từ quả bưởi đen.
Trong một nghiên cứu khác, việc so sánh ứng dụng của ba loại chế phẩm enzyme khác nhau bao gồm-amylase, Viscozyme L và Ultraflo L đã được tiến hành trên thân cây
Ipomoea batatas (khoai lang). Ultraflo L và Viscozyme L tạo điều kiện phục hồi phenolic và dẫn đến sản lượng axit ferulic và axit vanillic cao hơn, tương ứng, trong chiết xuất. Hong và Van Veit. đã so sánh các kỹ thuật của UAE và chiết xuất các hợp chất phenol có hỗ trợ enzyme từ quả acerola, ngược lại, sản lượng phenolics cao hơn
bằng phương pháp mới của UAE so với chiết xuất enzyme.
Nhận xét chung vềcác phương pháp trích ly:
Như đã trình bày ở phần trên, Tất cả các kỹ thuật chiết tách polyphenol từ lá
trà xanh đều có lợi thế và hạn chế riêng. Chính vì vậy, chúng tôi đã lựa chọn nghiên cứu các điều kiện chiết tách cho phương pháp chiết polyphenol trong lá chè bằng
dung môi, ngoài ra khảo sát thêm sự hỗ trợ của một số enzym nhằm cải thiện và tối
ưu hóa cả hiệu suất trích ly cùng hoạt tính sinh học của dịch chiết polyphenol/catechin
đồng thời phù hợp với điều kiện của phòng thí nghiệm Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu và
dễ dàng triển khai ở quy mô nhỏ so với các nghiên cứu đã từng được tiến hành ở Việt
Nam.