Chiết xuất (extraction) là quá trình tách các chất tan được (gồm cả hoạt chất) ra khỏi các thành phần không tan và chất nền tế bào bằng cách sử dụng các dung môi đặc hiệu. Mục đích của quá trình chiết xuất là loại bỏ các chất không mong muốn và làm giầu các chất có tác dụng dưới dạng tan được.
Có nhiều kỹ thuật chiết xuất khác nhau, việc áp dụng tùy thuộc vào loại thảo dược và mục đích sử dụng.
Ngâm (maceration)
Thảo dược được trộn với dung môi và ngâm trong một khoảng thời gian định trước tại một nhiệt độ nhất định. Trong quá trình ngâm có thể khuấy nếu cần. Các dịch sau khi ngâm sẽ được gộp lại, bã được ép để thu hồi dịch chiết. Các thành phần không tan trong dịch chiết được loại bỏ bằng cách để lắng rồi gạn (decantation), ly tâm, lọc thô hoặc lọc tinh. Để chiết kiệt bằng phương pháp ngâm cần tốn thời gian và một lượng dung môi lớn.
Trong một số trường hợp, thảo dược được ủ ướt trong một khoảng thời gian trước khi chiết nhằm thúc đẩy quá trình lên men.
Pha (infusion)
Đổ nước sôi vào thảo dược và để trong 5-20 phút. Dịch chiết loãng thu được sau khi lọc bã được đem sử dụng luôn. Có thể pha thêm nước 2 nếu cần. Phương pháp pha thường áp dụng cho trà thảo dược.
Chiết xuôi dòng (percolation)
Thảo dược được cắt đến kích thước thích hợp, làm ẩm và ngâm (maceration) trong một khoảng thời gian trước khi cho vào bình chiết. Có thể thêm nước cho thảo dược ướt hẳn. Mở van xả đáy và cấp dung môi vào mặt trên của thảo dược. Tốc độ dung môi qua bình được điều chỉnh bẳng độ mở của van xả đáy. Thu dịch chiết từ van xả đáy. Kết thúc quá trình, bã (marc) được ép để thu hồi dịch chiết.
Lượng dung môi, tốc độ dung môi qua bình và nhiệt độ chiết là các thông số ảnh hưởng đến hiệu suất chiết. Chiết xuôi dòng là phương pháp được sử dụng khi muốn chiết kiệt thảo dược.
Chiết liên tục (continuous soxhlet extraction), tên khác là chiết hồi lưu (reflux extraction), là một dạng đặc biệt của chiết xuôi dòng trong đó dung môi bay hơi được ngưng tụ và cấp lại bằng một thiết bị kiểu Soxhlet.
Để chiết kiệt thảo dược thì dung môi cần được bay hơi và ngưng tụ khoảng 50-60 lần. Chiết liên tục là phương pháp hiệu quả và ít tốn dung môi hơn chiết xuôi dòng đơn thuần. Tuy nhiên, do liên tục duy trì ở nhiệt độ sôi của dung môi nên một số chất nhạy cảm với nhiệt có thể bị phân hủy trong quá trình chiết. Trên quy mô công nghiệp, các nồi chiết bằng inox và ở áp suất cao thường được sử dụng.
Sắc (decoction)
Thảo dược được đun sôi liên tục trong nước, các chất chiết sẽ hòa tan vào nước trong suốt quá trình sắc. Phương pháp này phù hợp để chiết các thành phần tan trong nước và bền với nhiệt độ.
Chiết ngược dòng (counter-current extraction)
Chiết ngược dòng là phương pháp trong đó thảo dược và dung môi di chuyển theo hướng ngược nhau. Đây là phương pháp cho hiệu suất chiết rất cao, thời gian ngắn và giảm rủi ro tiếp xúc với nhiệt của thảo dược. Trên quy mô công nghiệp, có 2 kiểu thiết kế:
Chiết ngược dòng liên tục (continuous counter-current extraction)
Chiết ngược dòng ngắt quãng (intermittent counter-current extraction)
Chiết xuất siêu tới hạn (supercritical fluid extraction)
Chiết xuất siêu tới hạn (SFE) là phương pháp hiện đại, tận dụng đặc tính hòa tan cao của dung môi ở trạng thái siêu tới hạn để trích ly các thành phần hóa học có trong thảo dược. Điểm tới hạn (critical point) là nhiệt độ và áp suất cao nhất mà một chất tồn tại dưới dạng một hỗn hợp vừa ở thể khí vừa ở thể lỏng. Mỗi chất có điểm tới hạn riêng. Điểm tới hạn của CO2 là 31.3°C/ 72.9 atm.; nước là 373.9°C/ 217.75 atm.
Trong chiết xuất thảo dược, CO2 thường được sử dụng làm dung môi siêu tới hạn do:
- Nhiệt độ và áp suất tới hạn khá thấp (31.3°C/ 72.9 atm.), dễ triển khai trên thiết bị công nghiệp.
- CO2 ở trạng thái khí tại nhiệt độ phòng, thuận lợi cho việc bay hơi dung môi (CO2 lỏng) khỏi dịch chiết.
- CO2 không độc hại.
Chiết siêu âm (Ultrasound assisted extraction (UAE))
Chiết siêu âm, hay còn gọi là chiết xuất hỗ trợ bởi siêu âm (UAE), sử dụng sóng siêu âm (untrasonic) trong quá trình chiết để làm tăng quá trình hòa tan, khuếch tán của chất chiết và tăng tốc độ truyền nhiệt từ đó tăng hiệu suất chiết.
Công nghệ UAE làm giảm tiêu thụ dung môi và năng lượng, giảm nhiệt độ và thời gian chiết. Đây là công nghệ phù hợp với các thảo dược có hoạt chất không bền với nhiệt.
Chiết xuất hỗ trợ bởi vi sóng (Microwave assisted extraction (MAE))
Vi sóng tạo ra nhiệt bằng cách tương tác với các chất phân cực như nước hoặc một số chất hữu cơ. Ưu điểm của công nghệ MAE là hiệu suất chiết tăng do tác động cộng hưởng của việc hướng truyền nhiệt và khuếch tán chất tan là cùng hướng. Đây được coi là công nghệ xanh vì giảm lượng dung môi tiêu thụ. Công nghệ này cũng làm giảm hiện tượng phân hủy hoạt chất do nhiệt.
Có 2 phương pháp chiết hỗ trợ bởi vi sóng: Chiết không dung môi (dùng cho các hoạt chất dễ bay hơi) và chiết có dung môi (dùng cho hoạt chất không bay hơi.
Chiết xuất sung điện trường (Pulsed electric field (PEF) extraction)
Công nghệ chiết xuất PEF làm tăng hiệu suất và giảm thời gian chiết bằng cách sử dụng sung điện trường để phá vỡ màng tế bào qua đó làm tăng tốc độ chuyển khối. Hiệu quả của công nghệ này phụ thuộc vào các thông số như cường độ điện trường, tần số sung, nhiệt độ. Đây được coi là công nghệ không nhiệt, qua đó giảm thiểu sự phân hủy của các chất nhạy cảm với nhiệt.
Chiết xuất hỗ trợ bởi enzyme (Enzyme assisted extraction (EAE))
Các cao phân tử (macromolecules) cấu tạo lên thành, màng và các hạt micelle trong tế. Polysaccharides và protein là hai thành phần chính của các cao phân tử này. Dưới tác động của nhiệt độ, các phân tử protein sẽ lắng tủa hoặc phân tách thành các thành phần không tan làm ngăn cản quá trình chiết suất.
Công nghệ EAE sử dụng các enzyme để thủy phân các thành phần của thành và màng tế bào để từ đó đẩy nhanh quá trình giải phóng các chất tan. Các enzyme cellulose, α-amylase và pectinase thường được sử dụng trong phương pháp này.
Chưng cất (Hydro distillation (HD) and steam distillation (SD))
Để thu tinh dầu (Essential oil) từ thảo dược, có 2 phương pháp thường được sử dụng
Chưng cất trực tiếp bằng nước (Hydrodistillation – HD): Thảo dược được ngâm ngập trong nước và được gia nhiệt để đạt đến điểm sôi, khi đó nước và tinh dầu sẽ cùng bay hơi. Hỗn hợp hơi nước và tinh dầu được ngưng tụ và lắng gạn để tách riêng tinh dầu.
Chưng cất lôi cuốn hơi nước (Steam distillation – SD): Hơi nước quá nhiệt sẽ được đi qua thảo dược và lôi cuốn tinh dầu trong thảo dược đi theo. Hỗn hợp hơi nước và tinh dầu được ngưng tụ và lắng gạn để tách riêng tinh dầu.
Tìm hiểu thêm về Công nghệ chiết xuất tiên tiến áp dụng tại Amera