Báo cáo y học: "CôNG NGHỆ CHIẾT XUẤT DÙNG DUNG MôI CO2 SIêU TỚI HẠN "

Chia sẻ: bupbelen_238

Công nghệ chiết xuất siêu tới hạn (Supercritical fluild extraction - SFE) dùng dung môi CO2 đã được áp dụng thành công để tách chiết các hoạt chất trong tự nhiên, làm nguyên liệu phục vụ công nghiệp dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm. So với các phương pháp chiết xuất truyền thống, SFE có nhiều ưu điểm vượt trội như: độ tinh khiết cao, không tồn dư các dung môi hóa chất độc hại trong sản phẩm, hoạt chất ít bị phân hủy, giá thành thấp, thân thiện với môi trường và sức khỏe con người... Với những tiêu...

Nội dung Text: Báo cáo y học: "CôNG NGHỆ CHIẾT XUẤT DÙNG DUNG MôI CO2 SIêU TỚI HẠN "

C«NG NGHỆ CHIẾT XUẤT DÙNG DUNG M«I CO2
SIªU TỚI HẠN

Vũ Bình Dương*; Đào Văn Đôn*
Chử Văn Mến*; Nguyễn Văn Long*
TãM TẮT
Công nghệ chiết xuất siêu tới hạn (Supercritical fluild extraction - SFE) dùng dung môi CO2 đã
được áp dụng thành công để tách chiết các hoạt chất trong tự nhiên, làm nguyên liệu phục vụ công
nghiệp dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm. So với các phương pháp chiết xuất truyền thống, SFE có
nhiều ưu điểm vượt trội như: độ tinh khiết cao, không tồn dư các dung môi hóa chất độc hại trong
sản phẩm, hoạt chất ít bị phân hủy, giá thành thấp, thân thiện với môi trường và sức khỏe con
người... Với những tiêu chí quan trọng này, SEF đang là công nghệ được nghiên cứu, ứng dụng
trong sản xuất các sản phẩm thuốc, mỹ phẩm và thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên.
* Từ khoá: Dung m«i CO2; C«ng nghÖ chiÕt xuÊt.



EXTRACTION TECHNOLOGY USING SUPERCRITICAL
CARBON DIOXIDE SOLVENT

SUMMARY
Supercritical fluid extraction (SFE) technology using carbon dioxide has successfully applied in the
extraction of natural bioactive substances as raw materials for pharmaceutical, cosmetic and food
industry. Compare with conventional extraction methods, SFE is superior such as high purity, no toxic
solvent residue, no degradation of target compounds, low price, human health and environmental
friendly… With these important advantages, SFE technology is being researched, applied in the
manufacturing of natural medicinal, cosmetic and food products.
* Key words: Carbon dioxide; Extraction technology.

ĐẶT VÊN ĐÒ
Công nghệ chiết xuất siêu tới hạn (Supercritical fluild extraction - SFE) dùng dung môi
CO2 đã được áp dụng thành công
để tách chiết các hoạt chất trong tự nhiên, làm nguyên liệu phục vụ công nghiệp dược
phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm. So với các phương pháp chiết xuất truyền thống, SFE có
nhiều ưu điểm vượt trội như: độ tinh khiết cao, không tồn dư các dung môi hóa chất độc
hại trong sản phẩm, hoạt chất ít bị phân hủy, giá thành thấp, thân thiện với môi


* Häc viÖn Qu©n y
Ph¶n biÖn khoa häc: PGS. TS. NguyÔn V¨n MInh
trường và sức khỏe con người... Với những tiêu chí quan trọng này, SEF đang là công
nghệ được nghiên cứu, ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm thuốc, mỹ phẩm và thực
phẩm có nguồn gốc tự nhiên.

C«NG NGHỆ CHIÕT XUÊT SỬ DỤNG DUNG M«i CO2 SIªU TỚI HẠN
1. Khái niệm chiết xuất siêu tới hạn (SFE).
Là quá trình phân tách một hay một số chất từ hỗn hợp (dược liệu, nguyên liệu) sử
dụng chất lỏng CO2 siêu tới hạn làm dung môi. Khi ở trạng thái này, CO2 có đặc tính về độ
tan tương tự như một chất lỏng, đồng thời có khả năng khuếch tán và độ nhớt gần với chất
khí, nhờ vậy chúng có khả năng khuếch tán và hòa tan nhanh các hoạt chất trong dược
liệu [1]. Gore (1891) là người đầu tiên phát hiện ra khả năng hòa tan tốt của naphtalen và
camphor trong CO2 lỏng. Sau đó, Andrews (1875) nghiên cứu về đặc tính của CO2 ở trạng
thái siêu tới hạn. Tuy nhiên, tới đầu những năm 1970 công nghệ chiết xuất các hợp chất tự
nhiên bằng dung môi CO2 siêu tới hạn (SC-CO2) mới thực sự phát triển và ứng dụng trong
công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm như: loại bỏ cafein trong cà phê và chè
xanh, chiết xuất dầu vừng đen, chiết xuất polyphenol từ chè xanh, loại bỏ cholesterol trong
thực phẩm, loại bỏ alcol trong đồ uống, chiết xuất phẩm màu, các hoạt chất chống oxy hóa,
tinh dầu, hương liệu từ thực vật sử dụng trong mỹ phẩm, thực phẩm…

Bảng 1: Một số sản phẩm ứng dụng phương pháp SCF-CO2 đã được thương mại
hoá (Moyler, 1994).
ỨNG DỤNG
TÊN SẢN PHẨM CHIẾT NGUåN DƯỢC LIỆU

Tinh dầu gừng Củ gừng (Zingiber officinalis) Chế biến thức ăn, đồ uống, dược phẩm

Tinh dầu quế Vỏ quế (Cinnamomun zeylendium) Dược phẩm, thực phẩm

Vani Cây (Vanilla fragrant) Hương liệu trong công nghiệp bánh kẹo, đồ uống

Tinh dầu hương thảo Cây hương thảo (Rosemary officinalis) Dược phẩm, chế biến thức ăn

Tinh dầu xô thơm Cây xô thơm (Salva officinalis) Gia vị chế biến thức ăn

Tinh dầu xạ hương Dược phẩm, chế biến thịt
Cây x¹ h−¬ng (Thymus vulgaris)

Chất mầu oleoresin Ớt (Capsicum annum) Bánh kẹo, nước sốt, chế biến súp, phở

Cafein Trà xanh (Camellia sinensis) Đồ uống không cafein
Cà phê (Coffea sp.)
2. Khái niệm về trạng thái siêu tới hạn.
Ở nhiệt độ nhất định, khi nén một chất khí tới áp suất đủ lớn, chúng có thể chuyển thành
chất lỏng và ngược lại. Tuy nhiên, có một giá trị áp suất mà tại đó, nếu tăng nhiệt
độ lên thì chất lỏng không hóa hơi trở lại mà tồn tại ở dạng đặc biệt gọi là trạng thái siêu tới
hạn. Ở điều kiện áp suất và nhiệt độ mà chất khí chuyển thành chất lỏng siêu tới hạn được
gọi là điểm tới hạn (Critical point) gồm áp suất tới hạn (Critical pressure - Pc) và nhiệt độ tới
hạn (Critical temperature - Tc) [1].

Điểm tới hạn của một chất phụ thuéc vào bản chất hóa học cũng như trọng lượng phân
tử của chất đó. Trong đó, CO2 có áp suất, nhiệt độ tới hạn là 73 bar và 30,90C. Do nhiệt độ
và áp suất tới hạn của CO2 thấp, vì vậy chúng thường được sử dụng làm dung môi chiết
xuất. Kết quả khảo sát về khả năng hòa tan cho thấy SC-CO2 có đặc tính hòa tan tương tự
n-hexan, một dung môi ít phân cực [6]. Tuy nhiên, độ phân cực của SC-CO2 phụ thuộc vào
nhiệt độ và áp suất tới hạn, đồng thời phụ thuộc vào tỷ lệ các dung môi hỗ trợ. Trong thực
tế, có thể làm tăng độ phân cực của SC-CO2 bằng cách thêm ethanol nồng độ 3 - 5%, nhờ
vậy có thể chiết xuất được các hoạt chất có tính phân cực cao [6].
3. Ưu điểm của SC-CO2 trong chiết xuất hoạt chất tự nhiên.
- CO2 có điểm tới hạn thấp (nhiệt độ gần như ở nhiệt độ phòng, áp suất thấp), vì vậy các
hoạt chất ít bị oxy hoá hay phân huỷ bởi nhiệt độ và oxy hoà tan. Ngoài ra, vấn đề thiết kế
hệ thống chiết xuất đảm bảo đủ áp lực siêu tới hạn dễ dàng hơn nên khả năng ứng dụng
vào sản xuất công nghiệp cũng thuận lợi.
- Sản phẩm sau khi chiết không còn tồn dư dung môi, vì CO2 dễ dàng chuyển sang trạng
thái khí và bay hơi toàn bộ sau khi giảm áp suất, nhiệt độ xuống dưới điểm tới hạn. Vì vậy,
hoạt chất chiết xuất theo phương pháp này rất phù hợp để sản xuất thực phẩm, thuốc, mỹ
phẩm.
- Khả năng chiết xuất chọn lọc do:
+ Độ tan của SC-CO2 thay đổi khi áp suất và nhiệt độ đạt siêu tới hạn thay đổi. Do đó, nó
sẽ hoà tan chọn lọc các chất khác ở nhiệt độ và áp suất tương ứng. Thông thường, tinh dầu
dễ bay hơi có thể được chiết xuất ở áp suất < 100 bar, trong khi các chất béo được chiết
xuất ở áp suất cao hơn.
+ Dung môi SC-CO2 sẽ phân cực hơn khi hoà trộn với các dung môi phụ trợ phân cực
như: methanol, ethanol. Vì vậy, khả năng hoà tan các hợp chất sẽ đa dạng hơn. Tuy nhiên,
các dung môi phụ trợ có thể làm thay đổi điểm tới hạn của CO2. Do đó, trong thực nghiệm
cần khảo sát tỷ lệ dung môi phụ trợ thích hợp để ít làm ảnh hưởng đến điểm tới hạn.
- Thời gian chiết xuất ngắn: do chất lỏng siêu tới hạn có hệ số khuếch tán cao hơn chất
lỏng, trong khi độ nhớt thấp, sức căng bề mặt nhỏ nên khả năng khuyếch tán của dung môi
vào trong tế bào nhanh hơn. Vì vậy, thời gian chiết xuất được rút ngắn hơn so với chất lỏng
thông thường.
- Không thay đổi hoặc mất hương thơm, màu sắc tự nhiên ban đầu của hoạt chất. Không
tạo ra mùi vị lạ do SC-CO2 là chất trơ, không mùi vị và bay hơi hoàn toàn khi thay đổi trạng
thái siêu tới hạn.
- CO2 không ăn mòn thiết bị, không gây cháy nổ trong quá trình vận hành, an toàn, thân
thiện với môi trường, giá thành rẻ, dễ kiếm, ngoài ra có thể tái sử dụng trong thời gian dài.
4. Một số ứng dụng trong chiết xuất các hoạt chất tự nhiên.
Hiện nay, dung môi SC-CO2 đang được nghiên cứu, sử dụng trong nhiều lĩnh vực như:
tổng hợp hoá học, phân tích, bào chế, đặc biệt trong chiết xuất các hợp chất tự nhiên ứng
dụng trong dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm...
* Tách chiết các hoạt chất sử dụng trong dược phẩm:
Với nhiều ưu điểm so với các phương pháp truyền thống, chiết xuất siêu tới hạn đang
được ứng dụng phổ biển để chiết xuất các hoạt chất từ thảo mộc. Các chất không bền với
nhiệt, dễ bị oxy hoá… rất phù hợp với công nghệ này. Người ta còn dùng dung môi SC-CO2
để chiết xuất vinlastin - hoạt chất chống ung thư từ cây dừa cạn [1], chiết xuất taxol từ vỏ
cây thuỷ tùng, chiết xuất maytansin từ cây Maytenus senegalensis, chiết xuất các hoạt chất từ
cây Bạch quả (Gingko biloba) có tác dụng chống oxy hoá, chống thiểu năng tuần hoàn não,
cải thiện trí nhớ…
* Tách loại bỏ cafein trong chè xanh và cà phê:
Hiện nay, cà phê (Coffea sp.), chè (Camellia sinensis) là những đồ uống được sử dụng phổ
biến ở các nước Âu, Mỹ… Nhưng do hàm lượng cafein cao, gây kích thích thần kinh trung
ương, mất ngủ, lo âu, bồn chồn, nhịp tim nhanh… Để khắc phục tác dụng không mong
muốn trên, người ta sử dụng công nghệ chiết xuất bằng SC-CO2 để loại bỏ, hạ thấp hàm
lượng cafein xuống < 0,1% mà vẫn giữ nguyên hương vị tự nhiên ban đầu. Vì vậy, các sản
phẩm cà phê không cafein đang dần thay thế các sản phẩm truyền thống [1].
* Chiết xuất các dầu thực vật:
Dầu thực vật bản chất là các triglyceride của glycerin và các axit béo no chiếm tỷ trọng
cao. Khi dùng các phương pháp chiết xuất truyền thống như: nhiệt khô, nhiệt ẩm… thường
thu được sản phẩm có chất lượng không ổn định do quá trình oxy hoá bởi oxy, vết kim loại,
nhiệt độ… làm cho sản phẩm dễ bị ôi, khét. Công nghệ chiết xuất siêu tới hạn sử dụng SC-
CO2 đã khắc phục được những nhược điểm này. Sang Yo Byun vµ CS ®· chiÕt ®−îc dÇu
h¹t võng ®en (Sesamum indicum L.,) c«ng suÊt 15.000 tÊn/n¨m cung cÊp cho thÞ tr−êng néi
®¹ vµ xuÊt khÈu. S¶n phÈm thu ®−îc cã hµm l−îng alpha tocopherol cao h¬n h¼n so víi sö
dông c«ng nghÖ chiÕt xuÊt truyÒn thèng [5].
* Chiết xuất tinh dầu, chất thơm trong dược liệu:
Với đặc tính rất khó tan trong nước, tan trong cồn và dung môi hữu cơ, đặc biệt tan tốt
trong SC-CO2, tinh dầu và chất thơm trong dược liệu đã được chiết xuất hiệu quả bằng
phương pháp chiết xuất siêu tới hạn. Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là hiệu suất
chiết cao hơn so với phương pháp cất kéo hơi nước hoặc dùng dung môi hữu cơ.
Bảng 2: So sánh hiệu suất tinh dầu của hai phương pháp (cất kéo hơi nước và SCF)
(Calame, Steiner, 1987).
HIỆU SUẤT (%)
TÊN DƯỢC LIỆU
SCF
C¾t kÐo h¬I n−íc

Gừng (Gingiber officinalis) 1,1 4,6

Thì là (Cuminium cyminum) 3,6 14

Hương thảo (Rosemary officinalis) 1,4 7,5

Xô thơm (Salva officinalis) 1,1 4,3

Cây húng quế (Ocimum basilicum) 0,5 1,3

Hồ tiêu (Piper lolot) 2,6 18

Cà rốt (Daucus carota) 0,5 3,3


Sản phẩm thu được có độ tinh khiết cao, vẫn giữ được hương thơm đặc trưng của dược
liệu, đặc biệt các tinh dầu dễ bị oxy hoá, không bền với nhiệt như tinh dầu tỏi (Allium
sativum), tinh dầu quý hiếm như tinh dầu hương bài (Vetiveria zizanioides), tinh dầu trầm
hương (Aquilaria crassna). Đây là những hương liệu được sử dụng phổ biến trong đời sống.

KÕT LUẬN
Công nghệ chiết xuất siêu tới hạn dùng dung môi CO2 có nhiều ưu điểm vượt trội như độ
tinh khiết cao, không tồn dư các dung môi- hóa chất độc hại trong sản phẩm, hoạt chất ít bị
phân huỷ, giá thành thấp, thân thiện với môi trường và sức khỏe con người... đang được
ứng dụng phổ biến trong chiết xuất các hoạt chất tự nhiên sử dụng nhiều trong dược phẩm,
mỹ phẩm và thực phẩm.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Mamata Mukhopadhyay. Natural extracts using supercritical carbon dioxide. CRC Press. 2000.
2. Moyler D.A. Oleoresins tincture and extracts, in Food Flavourings, Ashrurst, P.R., De., Blackie
Academic and Professional, an imprint of Chapman & Hall. Glasgow. 1994.
3. Lawrence D.V. Isolation aromatic materials from natural plant products, in A manual on the
Essential Oil Industry, Desilva, K.T., ED., UNIDO. Vienna, Austria. 1995, pp.57-154.
4. Calame J.P. Supercritical extraction of flavours, in Theory and Practice of Supercritical Fluid
Technology. Hirata M., Ishikawa. Tokyo Metropolitan Univ. 275, p.187.
5. Young Woon Ju, Sang Yo Byun. Supercritical CO2 extraction of sesame oil with high content of
tocopherol. K.J Biotechnol. Bioeng. 2005, 20 (3), pp.210-214.
6. Ryoji. Supercritical fluids. American Chemical Society Published on Web 22-01-1999.

Top Download Báo Cáo Khoa Học

Xem thêm »

Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản