Xu hướng thu nhận chế phẩm chiết xuất từ cây thuốc

1.3. CHẾ PHẨM CHIẾT XUẤT THU NHẬN TỪ CÂY THUỐC

1.3.2. Xu hướng thu nhận chế phẩm chiết xuất từ cây thuốc

Theo mức độ tinh khiết tăng dần của hợp chất đích, chế phẩm chiết xuất đƣợc phân loại thành cao chiết, chế phẩm bán tinh khiết đến đơn chất tinh khiết [56]. Cao chiết có độ ổn định tương đối về hóa học, được kiểm soát sơ bộ thông qua ch dấu hóa học đã xác định khi chiết xuất. Thành phần hóa học của cao chiết tương đối phức tạp, gồm nhiều chất, bao gồm cả những tạp chất. Hoạt tính sinh học không ổn định là những thách thức trong nghiên cứu, sản xuất và sử dụng các cao chiết này [95, 127].

Khi đó, loại tạp từ các cao chiết là cần thiết để tiếp tục làm giàu các thành phần hóa học có lợi cho sức khỏe, nh m ổn định và tăng cường hoạt tính sinh học mục tiêu đã được thăm dò trước đó [97, 142]. Sau quá trình loại tạp từ cao chiết, chế phẩm chứa hợp chất đích ở dạng bán tinh khiết cũng nhƣ tinh khiết với hoạt tính sinh học đặc trƣng đƣợc tạo ra [95].

Chế phẩm thu đƣợc sau quá trình tinh chế cao chiết, đạt độ tinh khiết cao hơn về mặt hàm lƣợng và thành phần các chất sẽ giảm đi, tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm soát về chất lượng của sản phẩm. Tuy nhiên, sự hòa tan trong nước và hoạt tính sinh học ở một số chế phẩm có sự thay đổi nhất định so với dạng cao chiết và nguyên liệu cây thuốc ban đầu [95]. Từ đó, liều lƣợng, khả dụng sinh học và đích tác dụng sẽ là những vấn đề cần quan tâm nghiên cứu đối với các chế phẩm chiết xuất khác nhau đƣợc thu nhận từ cùng loại cây thuốc [17, 120]. Y dƣợc hiện đại đã ch ra r ng hoạt tính sinh học không có tính cộng liên tục nhƣ hàm lƣợng mà có tính bão hòa [17, 137].

Đối với chế phẩm chứa hợp chất đích đƣợc thu nhận dạng đơn chất tinh khiết, nhiều thành phần hóa học có lợi đã bị loại bỏ trong quá trình tinh chế để tăng độ tinh khiết cho hợp chất đích. Gần đây, nghiên cứu trong thu nhận chế phẩm chiết xuất khác nhau từ cùng một loại cây thuốc đã cho thấy r ng dạng bán tinh khiết có ƣu việt hơn dạng tinh khiết về hoạt tính chống oxy hóa cũng như khả năng phân tán trong nước [32, 95].

Hiện nay, xu thế ứng dụng chế phẩm chiết xuất từ cây thuốc trong y dƣợc đã chuyển dần từ “một chất với một đích tác dụng” sang “hỗn hợp hoạt chất với đa đích tác dụng”. Khi đó, từng hợp chất thứ cấp trong cây thuốc cụ thể cần có cách thức thu

26

nhận phù hợp để tạo ra chế phẩm chiết xuất vừa nâng cao độ tinh khiết của hợp chất đích đến mức độ nhất định trong các chế phẩm thô ban đầu, nhƣng một số thành phần khác phù hợp của cây thuốc vẫn đƣợc giữ lại. Chế phẩm chiết xuất đƣợc thu nhận theo xu hướng này vừa có tính chất vượt trội của hoạt chất tinh khiết đó khi được nâng cao hàm lƣợng đến mức phù hợp nhƣng vẫn giữ đƣợc một số thành phần có lợi khác của cây thuốc ban đầu. Khi đó việc kiểm soát chất lƣợng về hóa học, sinh học và mục tiêu ứng dụng sẽ thuận lợi hơn [97]. Hiện nay, các chế phẩm chứa hợp chất đích từ cây thuốc cùng loài hoặc nhóm cây trong bài thuốc y học cổ truyền cũng nhƣ nhóm cây có hoạt tính sinh học tượng tự, được lựa chọn để thu nhận theo xu hướng này. Trong đó, điển hình là các hợp chất đích có hoạt tính chống oxy hóa [32].

1.3.3. Nguyên tắc thu nhận chế phẩm chiết xuất từ cây thuốc

Phương pháp chiết xuất khác nhau được xây dựng dựa trên các kĩ thuật chiết xuất tương tự nhau, để thiết lập điều kiện thu nhận hợp chất có hoạt tính sinh học từ cây thuốc [21, 142]. Sự lựa chọn và tối ưu phương pháp được thực hiện dựa trên đánh giá độ ổn định cũng như độ hòa tan (khả năng trích ly của hợp chất đích tương ứng với khối lượng nguyên liệu cần chiết xuất. Các thông số chính của phương pháp bao gồm thiết bị, dung môi, nhiệt độ và thời gian đƣợc thiết lập phù hợp để đảm bảo hoạt chất có độ ổn định tốt, hiệu suất trích ly cao và loại bỏ hiệu quả thành phần tạp. Điều kiện chiết xuất cần có thời gian thực hiện ngắn, đơn giản, tiết kiệm, thân thiện với môi trường và độ tái lặp lại tốt về hàm lượng của hợp chất đích độ lặp lại tương đối RSD về hàm lƣợng, < 11% trong điều kiện chiết xuất [30, 160, 162] .

Nước hoặc dung môi hữu cơ được lựa chọn để chiết xuất lạnh hoặc nóng dựa trên sự phân cực của thành phần hóa học mục tiêu cũng nhƣ mục đích của chiết xuất [137, 162]. Các kĩ thuật chiết xuất có những đặc điểm chung nh m đạt đƣợc ít nhất một trong các mục đích: i tăng tính chọn lọc của phương pháp phân tích, đặc biệt là các điều kiện xử lý mẫu cho phân tích HPLC; ii tăng hoạt tính sinh học và độ nhạy của phương pháp đánh giá, dựa trên sự tăng nồng độ các hợp chất mục tiêu mà có khả năng hiệp đồng tác dụng; (iii) chuyển đổi các hợp chất có hoạt tính sinh học thành một hình thức phù hợp hơn để phát hiện và tách chiết; (iv) phát triển phương pháp chiết xuất hoạt chất mục tiêu với hiệu quả thu nhận cao và có độ lặp lại tốt (RSD < 11%), dựa trên các thay đổi phù hợp trong điều kiện chiết xuất [137, 142].

27

1.3.3.1. Các giai đoạn của quy trình thu nhận chế phẩm chiết xuất

Theo hướng dẫn của tổ chức Y tế thế giới (WHO), hợp chất thứ cấp được thu nhận từ cây thuốc theo các chu kỳ, gồm nhiều bước nối tiếp nhau. Đầu tiên, cây thuốc đƣợc trích ly thu dịch chiết và lọc loại tạp. Tiếp theo, dịch chiết đã lọc đƣợc làm giàu hợp chất mục tiêu. Cuối cùng là phân lập và tinh chế để thu nhận, xác định hàm lƣợng và hoạt tính sinh học làm cơ sở nghiên cứu, phát triển sản phẩm [138, 140, 162].

Nguyên liệu trước khi chiết xuất được sấy khô và nghiền nhỏ để làm vỡ các mô và cấu trúc tế bào. Từ đó, các thành phần hóa học tiếp xúc trực tiếp với dung môi chiết, tăng diện tích tiếp xúc thuận lợi cho quá trình thẩm thấu và khuếch tán. Tuy nhiên, nguyên liệu đƣợc làm nhỏ tới quá mức cần thiết có thể làm suy giảm chất lƣợng vì quá trình gia nhiệt cơ học và oxy hóa do tiếp xúc với không khí. Bên cạnh đó, bột quá mịn sẽ chặn lỗ của bộ lọc chiết, làm chậm hoặc ngăn chặn dịch lọc. Vì vậy, theo WHO, tạo bột có kích thước khoảng 30-40 mesh là phù hợp [138].

Trích ly là kĩ thuật sử dụng hệ dung môi chọn lọc để loại bỏ các tạp đồng thời với tách và hòa tan hợp chất mục tiêu trong dung môi chiết xuất [21, 111, 162]. Về bản chất, trích ly là sự phân bố khác nhau của các chất vào trong các pha không trộn lẫn vào nhau. Các chất tan tốt trong pha này nhƣng không tan trong pha còn lại, có thể đƣợc tách riêng [138]. Yếu tố quyết định đến khả năng trích ly là hệ số phân bố của chất trong các pha và các điều kiện thực hiện tách chiết [15]. Điều kiện trích ly bao gồm dung môi và kĩ thuật, là giai đoạn đầu tiên quyết định đến hiệu suất thu nhận hoạt chất từ cây thuốc [137, 142, 155].

Dịch chiết đƣợc xử lý theo cách thức khác nhau, phụ thuộc vào mục tiêu để phân tích hoặc tạo mẫu ở các mức độ hàm lƣợng hoạt chất đích, cho nghiên cứu hoạt tính sinh học [95]. Tuy vậy, dịch chiết phải trải qua một số giai đoạn giống nhau là tách ra khỏi hỗn hợp chiết xuất b ng vật liệu lọc để loại bỏ các cặn bã không hòa tan. Các kĩ thuật loại tạp khác bao gồm việc gạn, ly tâm hoặc ép, hút lọc chân không có thể đƣợc sử dụng tùy thuộc vào phương pháp chiết xuất và tính chất của mẫu cây thuốc. Dịch chiết sau lọc thường được cô đặc b ng cách loại bỏ dung môi để thu cao đặc hoặc cao khô [162].

Giai đoạn làm giàu hoạt chất đích có thể đƣợc thực hiện dựa trên sự thay đổi các yếu tố hóa học nhƣ sự thay đổi hệ dung môi (với mức độ phân cực khác nhau), thủy

28

phân (thêm axit hoặc kiềm) hoặc các yếu tố vật lý như sự bay hơi dưới áp suất thấp, đông khô. Phân lập là một quá trình tách trong đó một hỗn hợp đƣợc chia thành nhiều phân đoạn nhỏ hơn về khối lƣợng nhƣng có hàm lƣợng chất đích cao hơn cao chiết (extracts , để ứng dụng tạo chế phẩm bán tinh khiết (semi-purified extracts) hoặc chế phẩm tinh khiết (purified extracts) [95]. Chế phẩm chiết xuất thô từ cây thuốc có chứa hỗn hợp phức tạp của các chất chuyển hóa thứ cấp có đặc điểm hóa học và vật lý đa dạng. Hỗn hợp chất được phân chia thành các nhóm khác nhau dựa trên sự tương đồng về mặt hóa học và thể chất của chúng thành các chế phẩm ít tạp hơn, chẳng hạn nhƣ một chế phẩm giàu flavonoid, glycosid tổng số hoặc phân đoạn giàu alkaloid [63].

Phân tách tinh chế từng phần chế phẩm chiết xuất chiết xuất có thể đạt đƣợc b ng cách sử dụng các kĩ thuật chiết lỏng-lỏng, lỏng-rắn, các dạng khác nhau của kĩ thuật sắc ký hoặc dựa trên đặc tính kết tinh của hoạt chất khi thay đổi nhiệt độ và dung môi.

Phương pháp này có thể được áp dụng để sản xuất các chế phẩm bán tinh khiết nh m làm giàu các thành phần hoạt tính cũng nhƣ loại bỏ các thành phần không hoạt tính và/hoặc có tác dụng độc hại [27, 95, 97].

1.3.3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hợp chất thứ cấp và hiệu suất thu nhận bằng phương pháp chiết thông thường

Quy trình thu nhận hợp chất thứ cấp là sự kết hợp của các kĩ thuật chiết xuất, được tiến hành theo các phương pháp chiết xuất khác nhau. Nhiều phương pháp mới, hiện đại đã được thiết lập nh m khắc phục những hạn chế của các phương pháp truyền thống (tiêu tốn dung môi, tốn thời gian, độ ổn định hoạt chất đích và nguy hại với môi trường) [142]. Tuy nhiên, thực tế nghiên cứu cho thấy không có phương pháp duy nhất đƣợc công nhận làm tiêu chuẩn chung cho chiết xuất các hợp chất thứ cấp từ cây thuốc [21, 142]. Nguyên nhân do hiệu quả chiết xuất hoạt chất phụ thuộc nhiều yếu tố mà điển hình là bản chất của nguyên liệu, đặc tính hóa học riêng biệt của các hợp chất và kinh nghiệm thực tế của các chuyên gia [21].

Quy trình chiết xuất chịu ảnh hưởng nhiều nhất ở giai đoạn thu dịch chiết. Hiệu quả và khả năng lặp lại của giai đoạn thu dịch chiết chịu tác động trực tiếp của dung môi, kích thước bột nguyên liệu, t lệ nguyên liệu và dung môi, kĩ thuật chiết (thời gian chiết, nhiệt độ). Trong sản xuất công nghiệp, tất cả các các yếu tố này cần đƣợc tối ƣu hóa, đƣa vào quy trình chuẩn và đƣợc thực hiện nghiêm ngặt [162]. Tùy thuộc

29

vào bản chất của các hợp chất đích hoặc tạp trong nguyên liệu, dung môi hoặc hệ dung môi thích hợp đƣợc lựa chọn. Khi chọn dung môi và sự phối hợp giữa các dung môi, cần xem xét các yếu tố nhƣ độ phân cực của dung môi, độ hòa tan của các hợp chất mục tiêu, sự ổn định và mức độ tương tác của dung môi, sự an toàn độc tính thấp, ít cháy, không ăn mòn , chi phí thấp, dễ dàng loại bỏ và khả năng thu hồi cao điểm sôi thấp cũng như thân thiện với môi trường. Trước khi sử dụng dung môi, dữ liệu an toàn vật liệu (MSDS) cần đƣợc xem xét và biện pháp bảo vệ thích hợp nên đƣợc sử dụng [15, 51, 162].

Để tránh sự phân hủy nhiệt của các thành phần hóa học, việc tách chiết tốt nhất nên được thực hiện ở nhiệt độ dưới 40 °C trừ trường hợp đặc biệt phải sử dụng nhiệt độ cao hơn. Sự gia tăng nhiệt độ có thể thúc đẩy năng suất cao hơn trong thu nhận hợp chất đích. Tuy nhiên nó phụ thuộc vào đặc tính của các mẫu đƣợc trích xuất. Do đó, nghiên cứu sự thay đổi nhiệt độ và thời gian chiết xuất là điều cần thiết để xác định các yếu tố có thể ảnh hưởng trực tiếp với chi phí và hiệu quả quá trình khai thác hợp chất thứ cấp quy mô công nghiệp [36]. Nhiệt độ trong toàn bộ quá trình chiết cần đƣợc đánh giá và kiểm soát [162].

Độ dài của thời gian chiết xuất phụ thuộc vào mục đích chiết xuất cũng nhƣ bản chất của các thành phần có hoạt tính sinh học. Thời gian không đủ sẽ dẫn đến trích ly không hết hợp chất đích nhƣng kéo dài thời gian sẽ dẫn đến việc trích ly quá mức những thành phần không mong muốn và/hoặc phân hủy các hợp chất đích. Chu kỳ chiết xuất là thời gian cần thiết để loại bỏ thành phần mong muốn và trích ly hết hợp chất đích với sự ổn định phù hợp về hóa học và sinh học. Một chu kỳ chiết xuất tương ứng với một lần lặp lại điều kiện chiết xuất với lƣợng dung môi mới trên nguyên liệu cũ. Khi đó, tổng thời gian và số chu kỳ chiết xuất cần đƣợc thiết lập và kiểm soát để có đƣợc quy trình thu nhận hợp chất đích phù hợp với từng nguyên liệu cũng nhƣ điều kiện về trang thiết bị [113, 162].