Chiết xuất dược liệu là gì? Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng dịch chiết

Trungtamthuoc.com - Chiết xuất là việc sử dụng các dung môi thích hợp để hòa tan các chất tan có trong dược liệu. Có nhiều phương pháp chiết xuất khác nhau. Bài viết dưới đây Trung Tâm Thuốc Central Pharmacy (trungtamthuoc.com) sẽ cung cấp cho bạn đọc những thông tin cần thiết

1 Chiết xuất là gì?

Việc sử dụng dung môi thích hợp nhằm mục đích hòa tan các chất tan có trong dược liệu được gọi là chiết xuất.

Mục đích của quá trình chiết xuất là tách các chất tan (các hoạt chất được chiết xuất chủ yếu có tác dụng điều trị) ra khỉ phần không tan của dược liệu.

Sau khi chiết xuất, phần không tan được gọi là bã, phần dung môi hòa tan các chất tan sẽ gọi là dịch chiết.

Các chất có tác dụng trong điều trị bệnh sau khi được chiết ra khỏi phần không tan của dược liệu như vitamin, alcaloid,...được gọi là hoạt chất.

Các chất tan nhưng không có tác dụng điều trị, ảnh hưởng đến quá trình bảo quản như gôm, tinh bột, chất nhầy,...được gọi là tạp chất.

Mục đích của của quá trình chiết xuất:

• Tạo ra các chế phẩm chứa hỗn hợp các hoạt chất có tác dụng điều trị.
• Tách được các hoạt chất có độ tinh khiết nhất định.

2 Dung môi sử dụng để điều chế dịch chiết

Dung môi được lựa chọn phải đảm bảo yêu cầu là hòa tan được tối đa lượng dược chất và hòa tan tối thiểu các tạp chất có trong dược liệu.

Yêu cầu chất lượng của dung môi:

• Có khả năng thấm vào dược liệu một cách dễ dàng (thường chọn dung môi có sức căng bề mặt nhỏ và có độ nhớt thấp).
• Có khả năng hòa tan chọn lọc (dung môi có khả năng hòa tan được nhiều loại hoạt chất hoặc có khả năng hòa tan ít tạp chất nhất có thể).
• Có khả năng bay hơi khi cần cô đặc dịch chiết.
• Rẻ tiền, dễ dàng tìm kiếm.
• Không có khả năng gây cháy nổ.
• Không làm thay đổi hoặc biến đổi tính chất của hoạt chất.
• Không bị phân hủy ở nhiệt độ cao.
• Không gây khó khăn hoặc ảnh hưởng đến quá trình bảo quản.
• Không làm cho thành phẩm có mùi hoặc vị đặc biệt.

Tính chất vật lý của một số dung môi được đề cập trong bảng dưới đây:

2.1 Nước

Có nhiều loại nước, tùy theo mục đích và phương pháp chiết xuất khác nhau có thể lựa chọn nước khử khoáng, nước cất, nước có chất bảo quản, nước acid, nước kiềm.

2.2 Ethanol

Ethanol là dạng chất lỏng không màu, có đặc điểm là dễ bay hơi, có mùi đặc trưng.

2.3 Một số loại dung môi khác

Glycerin là loại dung môi có độ nhớt cao, do đó thường được sử dụng cùng với nước và ethanol để chiết xuất những loại dược liệu có chứa tanin.

Dầu thực vật có khả năng hòa tan các loại chất béo, tinh dầu có trong dược liệu nhưng có nhược điểm là độ nhớt cao, khó thấm vào dược liệu.

Các loại dung môi như aceton, chloroform, benzen,...hòa tan được nhiều chất, tuy nhiên, các loại dung môi này có tác dụng dược lý riêng, do đó, cần phải loại bỏ ra khỏi thành phẩm. Thông thường, người ta sử dụng các loại hoạt chất này để loại bỏ tạp chất hoặc nhằm mục đích phân lập hoạt chất dưới dạng tinh khiết.

3 Các giai đoạn của quá trình chiết xuất

Quá trình chiết xuất dược liệu thông thường được chia thành 3 giai đoạn:

Tổng lượng chất chiết xuất của cả 3 giai đoạn được tính theo phương trình:

M = KA (C-c) t

Trong đó:

• K: Hệ số chiết xuất.
• A: Bề mặt tiếp xúc giữa các pha.
• (C-c): Sự chênh lệch nồng độ giữa các pha.
• t: Thời gian chiết xuất.

4 Các phương pháp chiết xuất phổ biến

Phương pháp chiết xuất thường sử dụng dung môi, kết hợp cùng các biện pháp khuấy trộn và gia nhiệt.

Các phương pháp chiết xuất phổ biến:

• Phương pháp chiết lạnh: Phương pháp ngâm và phương pháp ngấm kiệt.
• Phương pháp chiết nóng: Phương pháp sắc, hầm, hãm và phương pháp cất kéo hơi nước.

4.1 Các phương pháp ngâm dược liệu

Ngâm là phương pháp cho dược liệu sau khi đã chia nhỏ tới độ mịn thích hợp tiếp xúc với dung môi trong thời gian đã được tính toán, sử dụng các phương pháp gạn, ép, lắng, lọc để thu lấy dịch chiết.

Phương pháp ngâm có thể được tiến hành một lần, sử dụng toàn bộ lượng dung môi ban đầu hoặc ngâm liều lần với từng phân đoạn dung môi.

Phương pháp ngâm được chia thành 2 loại:

• Ngâm đơn giản: Phương pháp ngâm nóng và phương pháp ngâm lạnh.
• Ngâm phân đoạn.

4.1.1 Ngâm phân đoạn

Quá trình ngâm được diễn ra nhiều lần, mỗi lần sử dụng một phần dung môi để ngâm, phương pháp này có ưu điểm là cho hiệu suất cao. Dược liệu luôn được tiếp xúc với dung môi mới dẫn đến lượng chất tan đi vào các phân đoạn cũng tăng lên từ đó, tổng thể tích trong các phân đoạn dịch chiết chứa lượng chất tan lớn hơn so với quá trình chiết một lần bằng cách sử dụng toàn bộ lượng dung môi đã có.

Trong phương pháp này, lượng dung môi của lần sau sẽ ít hơn các lần trước, thời gian và số lần ngâm cũng sẽ phụ thuộc vào dược liệu và dung môi sử dụng.

4.1.2 Phương pháp ngâm lạnh

Ngâm lạnh là dược liệu được ngâm vào dung môi ở nhiệt độ phòng, dung môi được sử dụng chủ yếu là ethanol-nước với tỷ lệ phù hợp.

Trong quá trình ngâm, có thể tiến hành khuấy trộn nhằm mục đích tăng hiệu suất của quá trình chiết.

Do bản chất của dung môi ethanol là dễ bay hơi, do đó, trong quá trình ngâm cần phải đậy kín, thời gian ngâm thường được kéo dài nhiều ngày.

Phương pháp ngâm lạnh thường được áp dụng cho các dược liệu có chứa các hoạt chất có đặc tính dễ phân hủy bởi nhiệt như Gừng, vỏ cam, cánh kiến trắng hoặc các dược liệu có chứa chất Nhựa, các chất chậm hòa tan trong dung môi.

4.1.3 Hầm

Là tiến hành cho dược liệu đã chia nhỏ vào trong một bình kín chứa dung môi thích hợp, sử dụng nhiệt độ cao hơn nhiệt độ phòng nhưng thấp hơn nhiệt độ sôi của dung môi. Giữ nhiệt độ này trong một khoảng thời gian đã được quy định, trong quá trình hâm có thể thực hiện khuấy trộn.

Nhiệt độ thường được giữ ở mức từ 50 đến 60 độ C. Thời gian kéo dài nhiều giờ.

Phương pháp này thường được áp dụng cho các dược liệu chứa hoạt chất có đặc điểm là ít tan ở nhiệt độ thường nhưng lại dễ bị nhiệt phân hủy, thích hợp khi sử dụng cho các dung môi có độ nhớt cao (dầu thực vật).

Dụng cụ được sử dụng trong phương pháp rất đa dạng, có thể sử dụng nồi cách thủy, các thiết bị đáp ứng đủ yêu cầu, đối với các loại dung môi dễ bay hơi, nên lựa chọn các dụng cụ có bộ phận ngưng tụ để tránh trường hợp bay hơi dung môi.

4.1.4 Hãm

Hãm là cho dung môi đã sôi và dược liệu sau khi được chia nhỏ thích hợp vào một dụng cụ có khả năng chịu nhiệt, để dung môi và dược liệu trong một thời gian nhất định, tiến hành khuấy trộn trong quá trình chiết xuất, sau đó gạn, ép để lấy dịch chiết.

Hãm là phương pháp chiết xuất thường được áp dụng cho các loại dược liệu có cấu tạo thực vật mỏng manh (hoa, lá,...), các thành phần hoạt chất trong dược liệu có đặc điểm là dễ tan trong thời gian ngắn khi chiết xuất ở nhiệt độ cao.

Dụng cụ sử dụng cho phương pháp này thường được bọc cách nhiệt, hạn chế tình trạng thoát nhiệt trong thời gian chiết xuất.

Ưu điểm của phương pháp là dễ thực hiện, dược liệu chứa hoạt chất dễ hòa tan,...do đó, thu được dịch chiết chứa phần lớn hoạt chất và chứa rất ít tạp chất.

Dung môi thường được sử dụng trong phương pháp này là nước, dịch chiết được sử dụng để làm chất dẫn cho các dạng thuốc có tính chất lỏng.

4.1.5 Sắc

Phương pháp được thực hiện bằng cách đun sôi đều dược liệu và dung môi trong cùng một thiết bị với một khoảng thời gian nhất định sau đó gạn để lấy dịch chiết.

Thời gian sắc có thể khác nhau, kéo dài từ 30 phút đến nhiều giờ.

Sắc là phương pháp chiết xuất thường được áp dụng cho các dược liệu cứng như vỏ thân, vỏ rễ, rễ, hạt,..

Đặc điểm của hoạt chất trong dược liệu là không dễ dàng bị phân hủy bởi nhiệt độ cao, thường được áp dụng để bào chế các dạng thuốc uống và cao thuốc.

4.1.6 Phương pháp ngấm kiệt (ngâm nhỏ giọt)

Phương pháp ngâm nhỏ giọt hay còn được gọi là phương pháp ngấm kiệt là phương pháp chiết xuất hoạt chất thông qua việc cho dung môi chảy rất chậm qua dụng cụ đã chứa dược liệu.

Nguyên tắc của phương pháp này là dược liệu luôn được tiếp xúc với dung môi mới, tạo ra sự chênh lệch nồng độ, tạo điều kiện chiết kiệt được hoạt chất có trong dược liệu.

Dụng cụ sử dụng trong phương pháp thường có kích thước và hình dạng được quy định, yêu cầu phải làm bằng thép không gỉ, thủy tinh, kim loại mạ thiếc, sứ,...

2 loại bình ngấm kiệt thường được sử dụng là bình ngấm kiệt dạng hình trụ và bình ngấm kiệt hình nón cụt.

Kỹ thuật ngâm nhỏ giọt gồm các giai đoạn:

Ưu điểm của phương pháp ngấm kiệt là có khả năng chiết kiệt được tối đa lượng dược chất có trong dược liệu, dung môi sử dụng tương đối ít hơn các phương pháp khác, dịch chiết đầu có đặc điểm là đậm đặc, do đó, có thể để riêng, tránh tiếp xúc với nhiệt, tạo điều kiện khi cần cô đặc.

Phạm vi áp dụng: Dược liệu chứa hoạt chất có tính độc mạnh như các glycosid và alcaloid, sử dụng dung môi ethanol-nước.

Đối với các dược liệu có chứa nhiều chất nhầy, không nên áp dụng phương pháp ngấm kiệt sử dụng dung môi nước vì các chất này sau khi tiếp xúc với dung môi sẽ trương nở, ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất.

4.2 Phương pháp ngấm kiệt cải tiến

Có 3 phương pháp ngấm kiệt cải tiến, bao gồm:

• Ngấm kiệt phân đoạn (tái ngấm kiệt): Dịch chiết đặc thu được ban đầu sẽ để riêng, dịch chiết loãng thu được sau khi chiết xuất phần dược liệu của giai đoạn trước sẽ được sử dụng làm dung môi để chiết xuất cho dược liệu ở giai đoạn sau.
• Ngấm kiệt có tác động của áp suất gồm ngấm kiệt với áp suất cao và ngấm kiệt với áp suất giảm.
• Chiết xuất ngược dòng: Dược liệu còn ít hoạt chất sẽ được tiếp xúc với dung môi mới, cải thiện hiệu suất chiết.

5 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng dịch chiết

Có nhiều yếu tố gây ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng của dịch chiết, do đó, cần lưu ý để cải thiện hiệu suất trong quá trình chiết xuất.

5.1 Độ mịn của dược liệu

Mục đích của việc chia nhỏ dược liệu là làm tăng diện tích tiếp xúc của dược liệu với dung môi từ đó làm tăng hệ số khuếch tán và cải thiện quá trình chiết xuất, tăng hiệu suất chiết.

Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng, khi dược liệu được chia nhỏ quá mức sẽ gây ảnh hưởng đến màng tế bào, từ đó tạo điều kiện cho tạp chất được hòa tan vào dung môi một cách dễ dàng, lúc này, dịch chiết thu được sẽ chứa nhiều tạp chất và thu được ít tạp chất.

Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường chia nhỏ dược liệu bằng phương pháp thái mỏng hoặc xay thô.

Mức độ phân chia dược liệu sẽ phụ thuộc vào tính chất của dược liệu:

• Với những dược liệu mỏng manh như hoa, lá, các loại dược liệu thân thảo thường phân chia đến mức bột thô, rây qua rây 2000/355.
• Đối với những dược liệu là rễ cây sẽ phân chia thành bột nửa thô, rây qua rây 710/250.
• Đối với những dược liệu có độ cứng nhất định như các loại vỏ cây, vỏ thân cứng, thân gỗ sẽ được phân chia thành bột nửa mịn, rây qua rây 355/180.
• Đối với các loại dược liệu chứa nhiều glycosid và alcaloid sẽ được phân chia thành bột mịn.
• Đối với các loại dược liệu chứa nhiều gôm, pectin, chất nhầy,...nếu sử dụng dung môi chiết xuất là nước thì không nên phân chia nhỏ vì dễ làm cho các tạp chất này đi vào trong dịch chiết một cách dễ dàng.

Việc chia nhỏ dược liệu cũng phụ thuộc vào phương pháp chiết xuất:

• Đối với phương pháp ngâm: Dược liệu được thái thành từng lát mỏng hoặc xay thô hoặc nửa thô.
• Đối với phương pháp ngấm kiệt: Chia nhỏ dược liệu thành bột mịn hoặc nửa mịn.

5.2 Tỷ lệ giữa dung môi và dược liệu

Trong quá trình chiết xuất, tỷ lệ dược liệu và dung môi đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất chiết xuất.

Nếu sử dụng quá ít dung môi sẽ chiết được không hết hoạt chất, tuy nhiên, việc sử dụng quá nhiều dung môi sẽ làm cho dịch chiết lẫn nhiều tạp chất.

Đối với các loại dược liệu không đắt tiền, sau khi chiết sẽ dùng để điều chế cồn thuốc nên không cần chiết kiệt hoạt chất, lượng dịch chiết thu được gấp 5 lần dược liệu.

Đối với các loại dược liệu đắt tiền, quý hiếm, cần sử dụng lượng dung môi gấp 10 lần dược liệu để chiết được tối đa hoạt chất có trong dược liệu.

5.3 Độ pH

Tỷ lệ hoạt chất có trong dịch chiết sẽ tăng lên nếu sử dụng dung môi được acid hóa để chiết các dược liệu có chứa alcaloid.

Chênh lệch nồng độ và điều kiện thủy động

Sự chênh lệch nồng độ đóng vai trò quan trọng trong quá trình khuếch tán.

Trong quá trình chiết xuất, cần liên tục tạo ra sự chênh lệch nồng độ để cải thiện hiệu suất chiết suất.

Một số biện pháp giúp tạo ra sự chênh lệch nồng độ có thể áp dụng như:

Thường xuyên khuấy trộn khi ngâm dược liệu trong dung môi.

Sử dụng các dung môi mới thay thế cho dịch chiết nhằm mục đích tạo ra sự chênh lệch nồng độ trong phương pháp ngấm kiệt.

5.4 Nhiệt độ

Việc tăng nhiệt độ trong quá trình chiết xuất tạo ra những ưu và nhược điểm sau:

Ưu điểm:

• Giảm độ nhớt của dung môi chiết xuất.
• Tăng độ tan của chất tan.
• Tăng tốc độ khuếch tán của chất tan trong dược liệu vào dung môi chiết xuất.
• Đối với phương pháp sắc, nhiệt độ góp phần tạo ra sự khuếch tán đối lưu liên tục.

Nhược điểm:

• Phá hủy các chất dễ bị thủy phân hoặc oxy hóa do nhiệt như vitamin, tinh dầu,...
• Tăng độ tan của các tạp chất.
• Không phù hợp với các dung môi dễ bay hơi do ảnh hưởng đến độ an toàn trong quá trình chiết xuất, dễ gây cháy nổ.

5.5 Thời gian chiết xuất

Thông thường, các hoạt chất thường có khối lượng phân tử thấp hơn so với tạp chất do đó nếu thời gian chiết kéo dài không giúp tăng tỷ lệ hoạt chất mà tăng tạp chất có trong dịch chiết.

Do đó, việc cần làm là xác định dược liệu, dung môi, phương pháp, nhiệt độ chiết xuất để tính thời gian cho phù hợp.

Thông thường, khi sử dụng dung môi nước, thời gian chiết xuất cần ngắn do dịch chiết dễ bị nhiễm khuẩn hoặc nhiễm nấm.

5.6 Chất diện hoạt

Chất diện hoạt giúp tăng khả năng thấm của dung môi vào dược liệu đồng thời làm tăng độ tan của một số hoạt chất từ đó làm tăng hiệu quả chiết xuất. ^[1]

Tài liệu tham khảo