Là quá trình chuyển động phân tử, làm cho các phân tử chuyển từ pha nọ sang pha kia và phân bố đều trong hai pha. Quá trình khuếch tán xảy ra từ nơi có nồng độ chất cao đến nơi có nồng độ thấp hơn. Động năng của quá trình chính là gradient nồng độ dC/dx.
Hiện tượng khuếch tán đã được Danton nghiên cứu từ thế kỷ 19, nhưng mãi đến năm 1955 mới được Fick đưa ra học thuyết về khuếch tán khối lượng. Theo Fick, lượng chất tan được khuếch tán trong các lớp dung môi G phụ thuộc vào chênh lệch nồng độ (C1 – C2), thời gian T, diện tích bề mặt F và tỷ lệ nghịch với độ dày của lớp dung môi, hay quãng đường phải đi dx của chất khuếch tán.
Tdx dx dC F D G = . . .
Trong đó D là hệ số khuếch tán phụ thuộc bản chất của khuếch tán, độ nhớt của môi trường và nhiệt độ.
Khi tiến hành chiết xuất, hiện tượng khuếch tán xảy ra chủ yếu ở hai khu vực:
- Trong dung môi từ lớp dung môi bao bọc nguyên liệu đến các lớp dung môi xa hơn.
1.3.3.2. Thẩm thấu
Là quá trình khuếch tán qua màng có tính chất bán thấm, chỉ thấm đối với dung môi và không thấm đối với các chất hòa tan. Do áp lực thẩm thấu của các phân tử chất tan, dung môi sẽ thấm từ phía có nồng độ thấp sang phía có nồng độ cao, cho đến khi áp lực thủy tĩnh cân bằng với áp lực thẩm thấu. Chất nguyên sinh trong tế bào có tính bán thấm, vì vậy, khi nguyên liệu còn tươi, ta không thể chiết xuất các chất hòa tan trong tế bào, vì dung môi chỉ ngấm vào làm cho các tế bào trương lên nhưng chất hòa tan trong tế bào không ngấm ra được. Chỉ khi nào phá hủy màng chất nguyên sinh bằng cồn hoặc nhiệt độ thì các chất hòa tan mới thấm ra được. Ví dụ, ngâm rễ cam thảo tươi trong nước lạnh, nước không có vị ngọt, nhưng rễ khô thì có thể chiết xuất được bằng nước.
1.3.3.3. Thẩm tích
Khái niệm
Quá trình thẩm tích là quá trình khuếch tán giữa hai pha lỏng qua một màng có tính chất thẩm tích, có nghĩa là màng đó không chỉ cho dung môi đi qua mà còn cho cả chất tan đi qua, nhưng chỉ cho qua những chất có phân tử nhỏ.
Ứng dụng
Màng tế bào nguyên liệu có tính chất của một màng thẩm tích, do đó khi chiết xuất nếu màng tế bào còn nguyên vẹn thì chỉ có chất tan là phân tử nhỏ và ion (phần lớn là hoạt chất) khuếch tán qua được màng tế bào; còn các chất có phân tử lớn (thường là chất keo, chất tạp, ...) thì không qua được màng tế bào nên không bị chiết vào dịch chiết. Như vậy, có thể coi màng tế bào như một màng lọc có tính chọn lọc. Đây chính là ưu điểm của màng tế bào đối với quá trình chiết xuất. Do đó trong quá trình chiết xuất, không nên xay nguyên liệu quá mịn; vì khi đó màng tế bào bị phá và tính chọn lọc của màng tế bào không còn, dịch chiết sẽ lẫn nhiều tạp, gây khó khăn cho các quá trình sau.