1. Bàn luận về các kết quả nghiên cứu đã thu đƣợc
1.5. triển khai quy trình công nghệ chiết xuất citroflavonoid từ vỏ quả Citru sở qui mô
pilot (>100 kg/mẻ).
Sau khi đã xây dựng đƣợc qui trình chiết xuất ở phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu dần dần áp dụng vào để chiết xuất ở qui mô lớn hơn. Đối với qui mô lớn thì ngoài việc có đƣợc hiệu suất chiết suất cao còn phải tiết kiệm đƣợc năng lƣợng, nguyên liệu, thời gian. Để làm đƣợc điều này, nhóm nghiên cứu phải áp dụng qui trình đã xây dựng ở qui mô nhỏ rồi điều chỉnh các thông số kỹ thuật phù hợp cho từng công đoạn của qui trình chiết xuất, xác định đƣợc hiệu suất chiết xuất để kiểm tra độ ổn định của qui trình chiết xuất
Nhóm nghiên cứu đã triển khai qui trình chiết xuất sản phẩm citroflavonoid từ vỏ quýt ở quy mô pilot từ qui mô phòng thí nghiệm. Thiết bị sử dụng: gồm hệ thống chiết xuất khép kin có 02 bình chiết hai vỏ, dung tích 1000 lít, gia nhiệt bằng hơi nƣớc, có hệ thống sinh hàn và
bơm đảo dịch chiết. Dung môi chiết là cồn 70%, tỉ lệ dung môi/dƣợc liệu ban đầu là 7/1. Do dung tích của bình chiết là 1000 lít, nên lƣợng dƣợc liệu sử dụng tối đa cho 1 lần chiết là 1000/7 = 143 kg. Tuy nhiên, vì qui trình chiết xuất có gia nhiệt tới nhiệt độ sôi của dung môi nên qui mô của mỗi mẻ chiết không thể đạt đƣợc con số trên. Sau khi có thực tế khảo sát lƣợng dung môi tối đa cho mỗi lần chiết, nhóm nghiên cứu quyết định lựa chọn lƣợng dƣợc liệu là 120kg/mẻ. Khi này tổng lƣợng dung môi sử dụng cho 1 lần chiết sẽ là 120×7 = 840 lít.
Lựa chọn thiết bị phù hợp và xây dựng đƣợc qui trình chiết xuất citroflavonoid từ vỏ quýt gồm 6 công đoạn chính: chiết xuất dược liệu; lọc dịch chiết; cô dịch chiết bằng máy thu hồi dung môi chân không; loại tạp bằng phương pháp kết tủa sản phẩm; sấy sản phẩm bằng tủ sấy chân không; và kiểm nghiệm, đóng gói và bảo quản sản phẩm. Các thông số kỹ thuật cũng
đƣợc từng bƣớc điều chỉnh phù hợp với từng công đoạn của quy trình chiết xuất: tỉ lệ dung môi/dƣợc liệu là 7/1, chiết ở nhiệt độ sôi của dung môi (85o
C± 2oC) trong 3 giờ chiết 3 lần, bơm đảo dịch chiết 30 phút/lần, cô đặc dịch chiết đến tỉ lệ 1:1 (1 lít dịch chiết cho 1kg dƣợc liệu) thì để tủa.
Để khảo sát độ ổn định của qui trình, chúng tôi đã đƣợc thử nghiệm chiết xuất 06 mẻ, mỗi mẻ 120kg dƣợc liệu. Qua đó thấy hiệu suất chiết xuất tính theo với khối lƣợng dƣợc liệu đạt 2,74 - 2,91% tính theo khối lƣợng dƣợc liệu. Sản phẩm thu đƣợc dƣới dạng bột khô màu vàng, chứa 68,17 – 79,21% flavonoid toàn phần, định lƣợng theo phƣơng pháp UV-VIS. Nhƣ vậy, hiệu suất chiết xuất và hàm lƣợng citroflavonoid trong sản phẩm là tƣơng đối ổn định và đạt tiêu chuẩn đã đăng ký của đề tài. Với kết quả khảo sát nhƣ vậy, chúng tôi đã quyết định lựa chọn qui trình chiết xuất đã đƣợc xây dựng để tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện qui trình theo hƣớng tiết kiệm dung môi, năng lƣợng, thời gian và công lao động, đồng thời vẫn đạt đƣợc hiệu suất chiết xuất mong muốn.
Trong qui trình hoàn thiện có các công đoạn chủ yếu sau: Kiểm nghiệm nguyên liệu; Chiết xuất; Lọc dịch chiết; Cô dịch chiết; Loại tạp; Sấy tủa; Kiểm nghiệm, đóng gói sản phẩm.
Trong qui trình hoàn thiện, chúng tôi đã thực hiện các thay đổi so với qui trình áp dụng từ qui mô nhỏ nhƣ sau:
- Có kiểm nghiệm nguyên liệu đầu vào để xác định đƣợc hàm lƣợng citroflavonoid trong nguyên liệu, đảm bảo hiệu suất chiết xuất và sự ổn định của qui trình. Điều này là rất cần thiết vì khi hàm lƣợng hesperidin trong nguyên liệu không đảm bảo thì không thể có hiệu suất chiết xuất cao đƣợc.
- Trong quá trình thực hiện chiết xuất, nhóm nghiên cứu để ý rằng khi gia nhiệt đến nhiệt độ sôi của dung môi (khoảng 85o
C) thì nếu để yên khoảng 2 giờ, nhiệt độ vẫn có thể giữ đƣợc ở khoảng 70oC. Do đó, nhóm nghiên cứu không gia nhiệt liên tục trong 3 giờ sau khi sôi mà chỉ 1 giờ sau khi sôi thì ngừng gia nhiệt, sau đó để yên 2 giờ rồi tiến hành lọc dung môi.
Khi thực hiện việc gia nhiệt trong 1 giờ giúp cho tiết kiệm đƣợc nhiệt lƣợng trong 2 giờ gia nhiệt, đồng thời tiết kiệm đƣợc khoảng thời gian chờ dung môi nguội mới tiến hành lọc lấy dung môi. Kết quả là đƣợc qui trình tiết kiệm về giá thành và thời gian.
- Việc bơm đảo dịch chiết cách 30 phút/lần giúp tăng hiệu suất chiết xuất vì dung môi ở trên bề mặt trên thƣờng chứa hàm lƣợng hesperidin thấp. Trong khi dung môi ở phía dƣới chứa nhiều hesperidin, nếu dung môi đã bão hòa hesperidin thì không thể chiết
thêm hesperidin trong lần chiết này đƣợc nữa. Khi bơm đảo dịch liên tục, dịch chiết sẽ có hàm lƣợng hesperidin đồng nhất hơn và do đó sẽ nâng cao đƣợc hiệu suất chiết xuất. - Sau khi để nguội đến khoảng 70o
C thì tiến hành lọc qua vải lọc. Mục đích của việc lọc này là để loại bỏ các tiểu phân nhỏ, giúp cho quá trình tinh chế đƣợc tốt hơn. Một điều cần chú ý là phải lọc khi nhiệt độ ở khoảng 70oC vì hesperidin ít tan trong cồn ở nhiệt độ thƣờng. Nếu để nguội tới 50oC thì hesperidin đã bắt đầu tủa và lúc bấy giờ mới lọc thì sẽ bị mất đi phần hesperidin đã tủa.
- Bƣớc tiếp theo là thu hồi dung môi bằng máy cô màng mỏng. Khi thu hồi dung môi ở nhiệt độ khoảng 85oC thì phần lớn cồn đƣợc thu hồi, còn nƣớc đƣợc thu hồi rất ít. Do đó tỉ lệ cồn trong nƣớc của dịch chiết sẽ giảm dần. Đến một lúc nào đó sẽ xuất hiện tủa vàng hesperidin bám xung quanh thành bình chiết, gây khó khăn cho việc gia nhiệt và việc thu hồi sản phẩm. Lý do là hesperidin rất ít tan trong nƣớc, kể cả nƣớc nóng nên khi tỉ lệ nƣớc tăng trong dịch cô cạn sẽ xuất hiện tủa. Mặt khác, khi càng cô cạn dịch chiết thì sẽ tạo bọt và gây rất nhiều khó khăn cho việc bay hơi của dung môi.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng máy cô màng mỏng ở giai đoạn cô dung môi sau khi đã cô bớt cồn ban đầu. Hàm lƣợng hesperidin trong dịch lọc đầu tiên chƣa cao nên chƣa bị tủa, sau khi cô đến thể tích còn ½ thì dịch cô đƣợc bơm sang máy cô màng mỏng để cô tiếp. Nguyên lý của máy cô màng mỏng là bay hơi dung môi bằng bốc nhiệt trong chân không thông qua kỹ thuật tạo màng mỏng. Dịch cô đƣợc phun tiếp xúc với nhiệt trong thời gian rất ngắn làm dung môi bay hơi nhiều đi vào bộ phận sinh hàn để thu hồi, phần chƣa bay hơi thì rơi xuống bể dựng ở phía dƣới. Dịch chiết do đó đƣợc cô đặc nhƣng không xảy ra hiện tƣợng tạo bọt và lắng tủa hesperidin. - Tiếp theo giai đoạn cô đặc dịch chiết là tủa sản phẩm. Vì hesperidin tan ít trong cồn và
đặc biệt là không tan trong nƣớc ở nhiệt độ thƣờng nên chúng tôi để dịch chiết trong vòng 24 giờ cho tủa lắng xuống. Sau khi lọc lấy tủa và lại đem hòa tan lại trong cồn nóng, lọc nóng rồi lại để tủa thu đƣợc sản phẩm bột citroflavonoid.
- Sấy chân không: vì hesperidin bền ở nhiệt độ cao, nhƣng do sấy trong điều kiện chân không nên chúng tôi để nhiệt độ sấy ở khoảng 60o
C. Đây là công đoạn đơn giản của qui trình.
- Kiểm nghiệm: sản phẩm bột là sản phẩm cuối cùng của qui trình nên cần đƣợc kiểm nghiệm theo phƣơng pháp cho số liệu chính xác. Nhóm nghiên cứu đã xây dựng Tiêu chuẩn cơ sở (TCCS) cho sản phẩm, trong đó có ghi rõ các phƣơng pháp thử. Tiêu chí rất quan trọng của TCCS là hàm lƣợng của hesperidin, qui định không đƣợc thấp hơn 50% theo yêu cầu của Đề tài.
- Theo phƣơng pháp định lƣợng bằng UV-VIS thì hàm lƣợng citroflavonoid trong sản phẩm bột rất cao, từ 67,60 đến 84,01%. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với qui trình pilot đƣợc xây dựng từ qui mô nhỏ nhƣng chƣa đƣợc hoàn thiện. Tuy nhiên, khi định lƣợng bằng phƣơng pháp HPLC có độ chính xác hơn thì hàm lƣợng citroflavonoid thấp hơn đáng kể. Do đó nhóm nghiên cứu quyết định sử dụng phƣơng pháp HPLC để xây dựng chất lƣợng của sản phẩm và nguyên liệu ban đầu. Kết quả là hàm lƣợng hesperidin trong sản phẩm chỉ nằm trong khoảng từ 47,3 đến 60,08%.
- Đóng gói, bảo quản: vì hesperidin khá bền vững nên chỉ bảo quản sản phẩm ở điều kiện thƣờng: bọc trong túi polyetylen kín, để nơi khô ráo, tránh mối mọt, ẩm, bảo quản ở nhiệt độ phòng.
- Trong quá trình chiết xuất nhiều mẻ liến tiếp, các dung môi cồn thu hồi, dịch chiết thu hồi đƣợc sử dụng lại để tiết kiệm dung môi, hóa chất. Qua đó dần dần nhóm nghiên cứu hoàn thiện đƣợc qui trình công nghệ chiết xuất hesperidin ở qui mô pilot theo định hƣớng sản xuất, đƣợc mô tả ở Hình 26.
- Qui trình đã đƣợc áp dụng chiết xuất 06 mẻ, mỗi mẻ 120kg dƣợc liệu. Hiệu suất chiết xuất tính theo khối lƣợng dƣợc liệu đạt 2,591–3,071%. Kết quả cho thấy hiệu suất chiết tƣơng đối ổn định. Tuy nhiên, hiệu suất chiết xuất chƣa cao nên cần phải có nghiên cứu để nâng cao hiệu quả kinh tế của qui trình.