báo cáo y học 'công nghệ chiết xuất dùng dung môi co2 siêu tới hạn '

C«NG NGHỆ CHIẾT XUẤT DÙNG DUNG M«I CO
2
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 CO
2
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 sứ
c 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 CO
2
; 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
CO
2
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 CO
2
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 CO
2
siêu tới hạn làm dung môi. Khi ở trạng thái này, CO
2
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 CO
2
lỏng. Sau đó, Andrews (1875) nghiên cứu về đặc tính của CO
2
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 CO
2
siêu tới hạn (SC-CO
2
) 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, th
ực phẩm…
Bảng 1: Một số sản phẩm ứng dụng phương pháp SCF-CO
2
đã được thương mại
hoá (Moyler, 1994).

TÊN SẢN PHẨM CHIẾT
NGUåN DƯỢC LIỆU
ỨNG DỤNG
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
Cây x¹ h−¬ng (Thymus vulgaris)
Dược phẩm, chế biến thịt
Chất mầu oleoresin Ớt (Capsicum annum) Bánh kẹo, nước sốt, chế biến súp, phở
Cafein Trà xanh (Camellia sinensis)
Cà phê (Coffea sp.)
Đồ uống không cafein

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 điề
u 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, CO
2
có áp suất, nhiệt độ tới hạn là 73 bar và 30,9
0
C. Do nhiệt độ
và áp suất tới hạn của CO
2
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-CO
2
có đặc tính hòa tan tương tự
n-hexan, một dung môi ít phân cực [6]. Tuy nhiên, độ phân cực của SC-CO

2
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-CO
2
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-CO
2
trong chiết xuất hoạt chất tự nhiên.
- CO
2
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.
- S
ản phẩm sau khi chiết không còn tồn dư dung môi, vì CO
2
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-CO
2
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-CO
2
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 CO
2
. 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 chi
ết 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-CO
2
là chất trơ, không mùi vị và bay hơi hoàn toàn khi thay đổi trạng
thái siêu tới hạn.
- CO
2
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-CO
2
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:
Vi nhiu u im so vi cỏc phng phỏp truyn thng, chit xut siờu ti hn ang
c ng dng ph bin chit xut cỏc hot cht t tho mc. Cỏc cht khụng bn vi
nhit, d b oxy hoỏ rt phự hp vi cụng ngh ny. Ngi ta cũn dựng dung mụi SC-CO
2

chit xut vinlastin - hot cht chng ung th t cõy da cn [1], chit xut
taxol t v
cõy thu tựng, chit xut
maytansin t cõy Maytenus senegalensis, chit xut cỏc hot cht t
cõy Bch qu (Gingko biloba) cú tỏc dng chng oxy hoỏ, chng thiu nng tun hon nóo,
ci thin trớ nh
* Tỏch loi b cafein trong chố xanh v c phờ:
Hin nay, c phờ (Coffea sp.), chố (Camellia sinensis) l nhng ung c s dng ph
bin cỏc nc u, M Nhng do hm lng cafein cao, gõy kớch thớch thn kinh trung
ng, mt ng, lo õu, bn chn, nhp tim nhanh khc phc tỏc d
ng khụng mong
mun trờn, ngi ta s dng cụng ngh chit xut bng SC-CO
2
loi b, h thp hm
lng cafein xung < 0,1% m vn gi nguyờn hng v t nhiờn ban u. Vỡ vy, cỏc sn
phm c phờ khụng cafein ang dn thay th cỏc sn phm truyn thng [1].
* Chit xut cỏc du thc vt:
Du thc vt bn cht l cỏc triglyceride ca glycerin v cỏc axit bộo no chim t trng
cao. Khi dựng cỏc phng phỏp chit xut truyn thng nh: nhit khụ, nhit m thng
thu
c sn phm cú cht lng khụng n nh do quỏ trỡnh oxy hoỏ bi oxy, vt kim loi,
nhit lm cho sn phm d b ụi, khột. Cụng ngh chit xut

siờu ti hn s dng SC-
CO
2
ó khc phc c nhng nhc im ny. Sang Yo Byun và CS đã chiết đợc dầu
hạt vừng đen (Sesamum indicum L.,) công suất 15.000 tấn/năm cung cấp cho thị trờng nội
đạ và xuất khẩu. Sản phẩm thu đợc có hàm lợng alpha tocopherol cao hơn hẳn so với sử
dụng công nghệ chiết xuất truyền thống [5].
* Chit xut tinh du, cht thm trong dc liu:
Vi c tớnh rt khú tan trong nc, tan trong cn v dung mụi hu c, c bit tan tt
trong SC-CO
2
, tinh du v cht thm trong dc liu ó c chit xut hiu qu bng
phng phỏp chit xut siờu ti hn. u im ln nht ca phng phỏp ny l hiu sut
chit cao hn so vi phng phỏp ct kộo hi nc hoc dựng dung mụi hu c.
Bng 2: So sỏnh hiu sut tinh du ca hai phng phỏp (ct kộo hi nc v SCF)
(Calame, Steiner, 1987).


HIU SUT (%)
TấN DC LIU
Cắt kéo hơI nớc
SCF
Gng (Gingiber officinalis) 1,1 4,6
Thỡ l (Cuminium cyminum) 3,6 14
Hng tho (Rosemary officinalis) 1,4 7,5
Xụ thm (Salva officinalis) 1,1 4,3
Cõy hỳng qu (Ocimum basilicum) 0,5 1,3
H tiờu (Piper lolot) 2,6 18
C rt (Daucus carota) 0,5 3,3

Sn phm thu c cú tinh khit cao, vn gi c hng thm c trng ca dc
liu, c bit cỏc tinh du d b oxy hoỏ, khụng bn vi nhit nh tinh du ti (Allium
sativum), tinh du quý him nh tinh du hng bi (Vetiveria zizanioides), tinh du trm
hng (Aquilaria crassna). õy l nhng hng liu c s dng ph bin trong i sng.

KếT LUN
Công nghệ chiết xuất siêu tới hạn dùng dung môi CO
2
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 CO
2
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.