Một số kiến thức cơ bản về chiết xuất dược liệu
2. Một số quá trình xảy ra trong chiết xuất dược liệu
Khi dược liệu vμ dung môi tiếp xúc với nhau, lúc đầu dung môi thấm vμo dược liệu, sau đó những chất tan trong tế bμo dược liệu hoμ tan vμo dung môi, rồi được khuếch tán ra ngoμi tế bμo. Trong chiết xuất dược liệu sẽ xảy ra một số quá trình sau: khuếch tán, thẩm thấu, thẩm tích, ...
2.1. Quá trình khuếch tán Khái niệm chung:
Quá trình di chuyển vật chất từ pha nμy sang pha khác khi hai pha tiếp xúc trực tiếp với nhau gọi lμ quá trình khuếch tán (hay lμ quá trình chuyển khối).
Quá trình tách chất hoμ tan trong dược liệu bằng dung môi chính lμ quá trình chiết xuất dược liệu. ở đây dược liệu lμ pha rắn, dung môi lμ pha lỏng.
Khi hai pha chuyển động tiếp xúc với nhau, do sự cản trở của pha nμy đối với pha kia, nghĩa lμ do ma sát giữa chúng mμ trên bề mặt phân chia pha tạo thμnh lớp mμng. ở trong lớp mμng luôn luôn có chế độ chuyển động dòng, còn ở giữa nhân của dòng thì có thể có chuyển động xoáy. Đặc trưng di chuyển vật chất trong mμng vμ trong nhân của dòng có khác nhau.
Trong lớp mμng, quá trình di chuyển vật chất cơ bản lμ nhờ sự tiếp xúc giữa các phân tử vμ sự tác dụng tương hỗ giữa chúng, do đó quá trình khuếch tán qua mμng được gọi lμ quá trình khuếch tán phân tử.
Trong nhân của dòng, quá trình di chuyển vật chất nhờ vμo sự xáo trộn các phần tử của dòng, vì thế gọi lμ khuếch tán đối lưu.
Quá trình khuếch tán trong lớp mμng xảy ra rất chậm so với quá trình khuếch tán trong nhân của dòng, do đó mặc dù lớp mμng rất mỏng nhưng nó vẫn có giá trị quyết định đối với quá trình khuếch tán. Vận tốc khuếch tán chung phụ thuộc nhiều vμo vận tốc khuếch tán trong mμng.
2.1.1. Khuếch tán phân tử
Khuếch tán phân tử xảy ra trong lớp mμng hay trong môi trường đứng yên. Động lực của quá trình khuếch tán lμ građien nồng độ theo hướng x, tức lμ sự biến đổi nồng độ trên một đơn vị đường đi.
Vận tốc khuếch tán: Lμ lượng vật chất đi qua một đơn vị bề mặt trong một đơn vị thời gian. Theo định luật Fick, vận tốc khuếch tán tỷ lệ với građien nồng độ.
Ta có:
dx
DdC Fdτ
dG =ư Trong đó:
Fdτ
dG : vận tốc khuếch tán.
D : hệ số tỷ lệ, gọi lμ hệ số khuếch tán.
Dấu (-) có nghĩa lμ nồng độ giảm theo hướng khuếch tán.
dx
dC : građien nồng độ.
Giải phương trình trên, ta tính được lượng vật chất khuếch tán:
dx D.F.τ.dc G=ư Trong đó:
G : lượng vật chất khuếch tán, [kg]
F : bề mặt khuếch tán, vuông góc với hướng khuếch tán, [m2] τ : thời gian khuếch tán, [h]
C : nồng độ chất tan, [kg/m3]
x : chiều dμi quãng đường khuếch tán, [m]
Hệ số khuếch tán phân tử lμ lượng vật chất đi qua một đơn vị bề mặt,
đơn vị chiều dμi theo hướng khuếch tán. Hệ số khuếch tán của một chất đặc trưng cho tính chất khuếch tán của chất đó trong một môi trường nμo đấy.
Công thức tính hệ số khuếch tán phân tử theo Einstein:
η 6rπ
1 N D= RT Trong đó:
R : hằng số khí.
T : nhiệt độ tuyệt đối.
N : hằng số Avogađro.
η : độ nhớt của chất lỏng.
r : bán kính của phần tử khuếch tán.
ứng dụng:
ư Trong quá trình chiết xuất dược liệu, đặc trưng của quá trình khuếch tán qua mμng tế bμo chính lμ khuếch tán phân tử.
ư Dựa vμo biểu thức của định luật Fick, ta thấy rằng những yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất lμ: độ mịn của dược liệu, thời gian chiết xuất, nhiệt độ chiết xuất, dung môi chiết, khuấy trộn, kích thước của phần tử khuếch tán.
2.1.2. Khuếch tán đối lưu
Trong chiết xuất dược liệu, quá trình khuếch tán của chất tan trong dung môi được đặc trưng chủ yếu bằng khuếch tán đối lưu.
Khuếch tán trong môi trường chất lỏng chuyển động được mô tả bằng phương trình vi phân của khuếch tán đối lưu.
Viết dưới dạng rút gọn:
C D (vgrad)C t
C 2
∇
=
∂ +
∂
Viết theo các trục toạ độ:
⎟⎟ ⎠
⎜⎜ ⎞
⎝
⎛
∂ + ∂
∂ + ∂
∂
= ∂
∂ + ∂
∂ + ∂
∂ + ∂
∂
∂
2 2 2 2 2 2
z C y
C x
D C z C y
C x
C t
C
z y
x
ν ν
ν
Phương trình khuếch tán đối lưu rất phức tạp. Tuỳ từng trường hợp cụ thể mμ người ta đã giải phương trình để áp dụng cho những trường hợp riêng.
Trong phạm vi của tμi liệu nμy, chúng ta không cần đi sâu nghiên cứu.
2.2. Quá trình thẩm thấu
Khái niệm: Quá trình thẩm thấu lμ quá trình khuếch tán giữa hai pha lỏng qua một mμng có tính chất bán thấm, có nghĩa lμ mμng đó chỉ cho dung môi đi qua mμ không cho chất tan đi qua. Mμng đó gọi lμ mμng bán thấm. Do áp lực thẩm thấu của các phân tử chất tan, dung môi sẽ được thấm từ pha lỏng có nồng độ chất tan thấp hơn sang pha lỏng có nồng độ cao hơn, cho đến khi áp lực thuỷ tĩnh cân bằng với áp lực thẩm thấu.
ứng dụng: Trong tế bμo dược liệu chất nguyên sinh có tính chất bán thấm, vì vậy khi dược liệu còn tươi, do tác dụng của chất nguyên sinh mμ chỉ có dung môi được thấm vμo tế bμo lμm cho dược liệu bị trương nở, còn chất tan trong tế bμo thì không khuếch tán ra ngoμi được. Do đó trong chiết xuất, người ta phải tìm cách phá huỷ chất nguyên sinh bằng nhiệt hoặc bằng cồn để thực hiện quá trình chiết xuất.
2.3. Quá trình thẩm tích
Khái niệm: Quá trình thẩm tích lμ quá trình khuếch tán giữa hai pha lỏng qua một mμng có tính chất thẩm tích, có nghĩa lμ mμng đó không chỉ cho dung môi đi qua mμ còn cho cả chất tan đi qua, nhưng chỉ cho qua những chất có phân tử nhỏ.
ứng dụng: Mμng tế bμo dược liệu có tính chất của một mμng thẩm tích, do đó khi chiết xuất nếu mμng tế bμo còn nguyên vẹn thì chỉ có chất tan lμ phân tử nhỏ vμ ion (phần lớn lμ hoạt chất) khuếch tán qua được mμng tế bμo;
còn các chất có phân tử lớn (thường lμ chất keo, chất tạp, ...) thì không qua được mμng tế bμo nên không bị chiết vμo dịch chiết. Như vậy, có thể coi mμng tế bμo như một mμng lọc có tính chọn lọc. Đây chính lμ ưu điểm của mμng tế bμo đối với quá trình chiết xuất. Do đó trong quá trình chiết xuất, không nên xay dược liệu quá mịn; vì khi đó mμng tế bμo bị phá vỡ, tính chọn lọc của mμng tế bμo không còn, dịch chiết sẽ lẫn nhiều tạp, gây khó khăn cho quá trình tinh chế.
3. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất