Một số quá trình xảy ra trong chiết xuất dược liệu

Khi dược liệu và dung môi tiếp xúc với nhau, lúc đầu dung môi thấm vào dược liệu, sau đó những chất tan trong tế bào dược liệu hoà tan vào dung môi, rồi được khuếch tán ra ngoài tế bào. Trong chiết xuất dược liệu sẽ xảy ra một số quá trình sau: khuếch tán, thẩm thấu, thẩm tích, ...

Quá trình di chuyển vật chất từ pha này sang pha khác khi hai pha tiếp xúc trực tiếp với nhau gọi là quá trình khuếch tán (hay là quá trình chuyển khối).

Quá trình tách chất hoà tan trong dược liệu bằng dung môi chính là quá trình chiết xuất dược liệu. ở đây dược liệu là pha rắn, dung môi là pha lỏng.

Khi hai pha chuyển động tiếp xúc với nhau, do sự cản trở của pha này đối với pha kia, nghĩa là do ma sát giữa chúng mà trên bề mặt phân chia pha tạo thành lớp màng. ở trong lớp màng 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 màng và trong nhân của dòng có khác nhau.

Trong lớp màng, quá trình di chuyển vật chất cơ bản là nhờ sự tiếp xúc giữa các phân tử và sự tác dụng tương hỗ giữa chúng, do đó quá trình khuếch tán qua màng được gọi là quá trình khuếch tán phân tử.

Trong nhân của dòng, quá trình di chuyển vật chất nhờ vào sự xáo trộn các phần tử của dòng, vì thế gọi là khuếch tán đối lưu.

Quá trình khuếch tán trong lớp màng xảy ra rất chậm so với quá trình khuếch tán trong nhân của dòng, do đó mặc dù lớp màng rất mỏng nhưng nó vẫn có giá trị quyết định đối với quá trình khuếch tán. Vận tốc khuếch tán chung phụ thuộc nhiều vào vận tốc khuếch tán trong màng.

Khuếch tán phân tử xảy ra trong lớp màng hay trong môi trường đứng yên. Động lực của quá trình khuếch tán là građien nồng độ theo hướng x, tức là sự biến đổi nồng độ trên một đơn vị đường đi. Vận tốc khuếch tán: Là 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:

Trong đó:

Giải phương trình trên, ta tính được lượng vật chất khuếch tán:

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 dài quãng đường khuếch tán, [m]

Hệ số khuếch tán phân tử là lượng vật chất đi qua một đơn vị bề mặt, trong một đơn vị thời gian, khi nồng độ vật chất giảm đi một đơn vị trên một đơn vị chiều dài 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 nào đấy.

Công thức tính hệ số khuếch tán phân tử theo Einstein:

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.

– Trong quá trình chiết xuất dược liệu, đặc trưng của quá trình khuếch tán qua màng tế bào chính là khuếch tán phân tử.

– Dựa vào biểu thức của định luật Fick, ta thấy rằng những yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất là: 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.

Trong chiết xuất dợc 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:

Phương trình khuếch tán đối lưu rất phức tạp. Tuỳ từng trường hợp cụ thể mà người ta đã giải phương trình để áp dụng cho những trường hợp riêng.

Trong phạm vi của tài liệu này, chúng ta không cần đi sâu nghiên cứu.

Khái niệm: Quá trình thẩm thấu là quá trình khuếch tán giữa hai pha lỏng qua một màng có tính chất bán thấm, có nghĩa là màng đó chỉ cho dung môi đi qua mà không cho chất tan đi qua. Màng đó gọi là màng 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 bào dược liệu chất nguyên sinh có tính chất bán thấm, vì vậy khi dược liệu còn tươi, do tác dụng của chất nguyên sinh mà chỉ có dung môi được thấm vào tế bào làm cho dược liệu bị trương nở, còn chất tan trong tế bào thì không khuếch tán ra ngoài 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.

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 dược 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 dược liệu quá mịn; vì khi đó màng tế bào bị phá vỡ, tính chọn lọc của màng tế bào không còn, dịch chiết sẽ lẫn nhiều tạp, gây khó khăn cho quá trình tinh chế.