1.4. CHIẾT TÁCH CÁC HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN
1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất các hợp chất thiên nhiên
Màng tế bào của nguyên liệu
Màng tế bào của nguyên liệu có ảnh hưởng nhiều đến quá trình khuếch tán.
Khi còn sống, đây là nơi xảy ra quá trình trao đổi chất có tính chất chọn lọc. Khi chết, đây là nơi xảy ra các hiện tượng khuếch tán, thẩm thấu, thẩm tích, … Màng tế bào có cấu tạo không ổn định, có thể bị thay đổi tính chất vật lý và thành phần hóa học để đáp ứng với những chức phận sinh lý đặc biệt mà nó đảm nhiệm. Những sự thay đổi này có thể xảy ra từng phần hoặc toàn phần ở màng tế bào và thường thay đổi nhiều ở thực vật già
Chất nguyên sinh
Các chất nguyên sinh thường chứa đầy trong các tế bào non nhưng trong tế bào già chúng vón lại tạo thành một lớp bao quanh màng tế bào. Chính lớp này cản trở quá trình thẩm thấu của các chất như các muối và chất đường hòa tan. Chỉ khi lớp nguyên sinh bị phá hủy bởi nhiệt độ hoặc cồn cao độ, các chất tan mới thẩm thấu qua được màng tế bào.
Cấu tạo của nguyên liệu
Khi sấy khô nguyên liệu, chất nguyên sinh vón lại, dịch tế bào đóng thành màng, bên trong tế bào có không khí… các yếu tố trên ngăn cản quá trình chiết xuất. Ở nguyên liệu già, lớp vỏ tế bào bắt đầu gỗ hóa, vì vậy các bộ phận như hoa và lá chiết xuất dễ dàng hơn là rễ và vỏ thân.
Một số tạp chất có thể có trong nguyên liệu
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 21 Đó là sản phẩm của các quá trình trao đổi chất, là chất dự trữ hoặc chất thải của cây. Các chất này thường gây cản trở hoặc cũng có khi tác dụng thuận lợi cho quá trình chiết xuất. Những tạp chất này có thể là pectin, gôm, chất nhày, tinh bột, chất béo, dầu mỡ, sáp, nhựa, enzym.
1.4.3.2. Những yếu tố thuộc về dung môi Độ phân cực của dung môi
Nói chung dung môi ít phân cực dễ hòa tan các chất không phân cực và khó hòa tan các chất có nhiều nhóm phân cực và ngược lại.
Dựa vào độ phân cực của dung môi người ta phân loại như sau:
- Dung môi không phân cực: ether dầu hỏa, hexan, benzene, toluen…
- Dung môi phân cực yếu và vừa: chloroform, diclorethan, aceton…
- Dung môi phân cực mạnh: nước, glycerin, các loại cồn có mạch carbon ngắn (methanol, ethanol, isopropanol…)
Độ nhớt, sức căng bề mặt của dung môi
Dung môi có độ nhớt càng thấp hoặc sức căng bề mặt càng nhỏ thì dung môi dễ thấm vào nguyên liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết xuất và ngược lại.
1.4.3.3. Những yếu tố thuộc về thông số kỹ thuật Nhiệt độ chiết xuất
Theo lý thuyết khi nhiệt độ tăng và hệ số khuếch tán lớn thì quá trình chiết xuất sẽ thuận lợi hơn. Nhưng trên thực tế đôi khi lại đi ngược lại là do
- Đối với những hợp chất kém bền ở nhiệt độ cao: Nhiệt độ tăng cao sẽ gây phá hủy một số hoạt chất như vitamin, glycoside, alkaloid…
- Đối với tạp chất: Khi nhiệt độ tăng, độ hòa tan của tạp chất cũng tăng theo, dịch chiết sẽ bị lẫn nhiều tạp.
- Đối với dung môi dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp: Khi nhiệt độ tăng cao thì dung môi dễ bị hao hụt, khi đó đòi hỏi thiết bị phải kín và phải có bộ phận hồi lưu dung môi.
- Đối với một số chất có quá trình hòa tan tỏa nhiệt: Khi nhiệt độ tăng, độ tan của chúng lại bị giảm. Do đó để tăng độ tan thì cần phải làm giảm nhiệt độ.
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 22 Thời gian chiết xuất
Khi bắt đầu chiết, các phân tử có phân tử lượng nhỏ (thường là hoạt chất) sẽ được khuếch tán và hòa tan vào dung môi trước, sau đó mới đến các chất có phân tử lượng lớn (thường là tạp như nhựa, keo…). Do đó nếu thời gian chiết ngắn sẽ không chiết được hết hoạt chất trong nguyên liệu, nhưng nếu thời gian chiết dài quá, dịch chiết sẽ bị lẫn nhiều tạp, gây bất lợi cho quá trình tinh chế và bảo quản.
Độ mịn của nguyên liệu
Nguyên liệu càng xay nhỏ, diện tích tiếp xúc bề mặt với dung môi càng lớn, quá trình chiết xuất càng nhanh. Nhưng trong thực tế, nếu nguyên liệu nghiền quá mịn lại không có lợi do:
- Tế bào khi bị phá vỡ, nhiều chất khó tan như chất keo sẽ làm cho dịch chiết chứa nhiều tạp chất khó loại, khó lọc.
- Dung môi khó tiếp xúc được với nguyên liệu để tiến hành các quá trình khuếch tán, thẩm thấu chất cần chiết. Đôi khi dung môi còn tạo với nguyên liệu thành một khối rất khó xử lý.
Khuấy trộn
Để tăng cường quá trình khuếch tán chất tan vào dung môi, cần phải tạo ra chênh lệch nồng độ bằng cách di chuyển lớp dịch chiết ở phía sát màng tế bào (nơi có nồng độ cao hơn) ra phía xa hơn và di chuyển lớp dung môi ở phía xa (nơi có nồng độ thấp hơn) đến sát màng tế bào. Điều này được thực hiện bằng cách khuấy trộn. Tùy từng trường hợp cụ thể mà người ta chọn cấu tạo cánh khuấy và tốc độ khuấy sao cho phù hợp.
1.4.3.4. Thiết bị chiết xuất
Có rất nhiều cách phân loại các thiết bị chiết xuất. Tùy theo các yếu tố khác nhau mà người ta có thể phân loại như sau:
Theo chế độ làm việc có các loại thiết bị:
- Gián đoạn - Bán liên tục - Liên tục
Theo chiều chuyển động tương hỗ giữa hai pha có các loại thiết bị:
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 23 - Ngược dòng
- Xuôi dòng - Chéo dòng
Theo kiểu chuyển động tuần hoàn của dung môi có các loại thiết bị:
- Tuần hoàn đơn - Tuần hoàn kép - Loại lưới
Theo áp suất làm việc có các loại thiết bị làm việc:
- Áp suất thường - Áp suất giảm - Áp suất cao
Theo cấu tạo, có nhiều cách phân loại và không thống nhất
Theo hình dạng của thân thiết bị, có các loại thiết bị sau:
- Kiểu tháp
- Kiểu buồng (hộp)
Theo cấu tạo và tính chất của bộ phận vận chuyển, có các loại thiết bị sau:
- Có bộ phận vận chuyển bằng: kiểu tấm, vít tải, băng tải, băng chuyền xích, gàu tải.
- Loại quay
Theo vị trí lắp đặt thiết bị, có các loại thiết bị sau:
- Thẳng đứng - Nằm nghiêng - Nằm ngang
Theo trạng thái pha rắn có các loại thiết bị với:
- Pha rắn đứng yên - Pha rắn chuyển động
- Pha rắn lơ lửng (thiết bị tầng sôi)
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 24 Một số hình ảnh về thiết bị
1,2,3,4 là số thứ tự của thiết bị
Hình 1.7: Hệ thống thiết bị chiết xuất bán liên tục
Hình 1.8: Thiết bị tháp hình vành khăn có
cánh khuấy Hình 1.9: Thiết bị tháp phun
SVTH: Phan Thục Uyên Trang 25