Tiểu luận các phương pháp chiết xuất hợp chất thiên nhiên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC







TIỂU LUẬN
CÁC PHƢƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT
HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN




GVHD: PGS. TS Nguyễn Ngọc Hạnh
HVTH: Lê Giang Hạnh 11050136
Trƣơng Thị Thùy Linh 11051004
Nguyễn Thị Thu Ngọc 11050146



Tháng 03/2012


2
MỤC LỤC
1. Khái quát v các hp cht thiên nhiên 4

1.1.  4
1.2. Phân loi 4
1.2.1. Da vào tính thit yng thc vt 4
1.2.1.1. Cht tp 4
1.2.1.2. Chi th cp 4
1.2.2. Da vào b khung carbon, các nhóm chc và theo tính ph bin ca hp cht 4
2. u kin nguyên li chit xut hp cht thiên nhiên 5
2.1.  chín 5
2.2.   5
2.3.  sch 5
3. Yêu cu chung ct xut 5
4. t xut 6
4.1. t lôi cuc 6
4.1.1. Nguyên tc chung 6
4.1.2. t lôi cuc trc tip 6
4.1.3. t cách thy 6
4.1.4. t lôi cuc gián tip 7
4.1.5.  m 7
4.1.6. ng dng 8
4.1.6.1. Mt s kt qu nghiên cu 8
4.1.6.2. t lôi cuc thu tinh du ca v qu h Citrus 9
4.2. Trích ly bng dung môi 11
4.2.1. Gii thiu 11
4.2.2. Trích ly bng dung môi d  11
4.2.2.1. Nguyên tc 11
4.2.2.2. Yêu cu ca dung môi 11
4.2.2.3. Nhn xét 12
4.2.2.4. t bng Soxhlet 12
4.2.3. Trích ly b 13
4.2.3.1. Nguyên tc 13

4.2.3.2. Yêu cu ca dung môi 13


3
4.2.3.3. Nhn xét 14
4.2.3.4. t ngâm dm 14
4.2.3.5. t ngm kit 14
4.2.4. ng dng nghiên cu chit tách alkaloid ca r cây da cn hoa hng bng thit
b soxhlet 15
4.2.4.1. Gii thiu cây da cn hoa hng 15
4.2.4.2. Thc nghim 16
4.3 Trích ly bng CO
2
siêu ti hn 18
4.3.1. Nguyên lý 18
4.3.2. ng dng ct siêu ti hn 19
4.3.2.1. H thng tách chit siêu ti hn 19
4.3.2.2. ng dng ca quy trình SFE 20
4.3.3. m và khuym cCO
2
siêu ti hn so v
pháp truyn thng. 20
m 20
4.3.3.2. Khuym 21
4.4  21
 tr vi sóng 21
 dng sóng siêu âm 23
TÀI LIU THAM KHO 24

4
1. Khái quát về các hợp chất thiên nhiên
1.1. Định nghĩa
Hp cht thiên nhiên là các cht hóa hc có ngun gc t thiên nhiên hoc
i tách ra t các loi ng vt, thc vt trong t nhiên có hot tính sinh hc
hoc có tác dc h làm thuc.
Ngành hóa hc chuyên nghiên c chit tách và chuyn hóa các hp cht t
nhiên gi là ngành hóa hc các hp cht thiên nhiên.
1.2. Phân loại
1.2.1. Dựa vào tính thiết yếu đối động thực vật
1.2.1.1. Chp
Là nhng cht thiên nhiên cn thit cho s sng.
Ví d: carbonhydrat, protein, acid nucleic, lipid và dn xut ca chúng.
Các hp chc sn sinh t  sng, không ph thuc vào loài.
c tc gi là quá trình
p.
1.2.1.2. Chi th cp
Là nhng hp cht thiên nhiên không hn không cn thit cho s sng cng
thc vt.

Ví d
Các chi th cng ph thuc nhiu vào loài.
Chúng là sn phm ci th cp.
1.2.2. Dựa vào bộ khung carbon, các nhóm chức và theo tính phổ biến của hợp chất
Cht béo  lipid.
Hydratcarbon  glucid (monosaccharid, oligosaccharid, polysaccharid).
Acid amin  protid.
Terpenoid (monoterpen, sesquiterpen, diterpen, triter.
Steroid.
Flavonoid.
Alkaloid.
Tanin.
Cht kháng sinh.
Vitamin


5
2. Điều kiện nguyên liệu để chiết xuất hợp chất thiên nhiên
2.1. Độ chín
Nguyên liu phc kho sát, theo dõi cht ch  xem khi nào là thm thu
hoch tt nh tui, thi thit, mùa màng, gi  m bo ng
ca các hp cht trong nguyên liu là cao nht.
ng, nu là hoa thì nên thu hoch lúc hoa sp n, nng là
u, nu là các cây thân tho, ly phn trên mt nên thu hái vào lúc
hoa bu n. Nu ly v g thì tùy vào tui cây, nu là r, c nên thu hoch khi cây
ng thành. Tùy vào loi cây có th thu hoch vào nhiu ln. Khi thu hoch cn phi
 li mng lá thích h cây thc hin vic quang hp.
2.2. Độ tươi
Nguyên liu b khô, d ng và chng ca
các hp cht dng nguyên liu dn s phát nhit bên trong do

quá trình hô hp làm thi ra nguyên liu. Cn tri mng nguyên li
héo thích hp. Nu nguyên liu là loi khó bo qun m chit xut ct
gch.
2.3. Độ sạch
Nguyên liu càng sch thì chng các hp cht 
trng ph ng xuyên làm v     c khi chit xut cn loi b
nhng thc vt l ln vào.
Cây trnn có ch  p lý.
3. Yêu cầu chung của các phƣơng pháp chiết xuất
n, thích hp, thun tin và nhanh chóng.
i tric ht các hp cht có trong nguyên liu vi
chi phí thp.

Hiu sut ph
m b tinh khit ca thành phm.



6
4. Các phƣơng pháp chiết xuất
4.1. Chưng cất lôi cuốn hơi nước
4.1.1. Nguyên tắc chung
 ly trích nhng hp cht thiên nhiên d .
a trên nguyên lý ct mt hn hp không
tan ln vào nhau. Khi hn hc gia nhit, hai chu áp sut
cc cng vi áp sut ca hp cht thiên nhiên bng vi áp sung,
thì hn hp sôi và hp cht thiên nhiên c ly ra cùng vc.
4.1.2. Chưng cất lôi cuốn hơi nước trực tiếp









 trong 

. , 




 hp cht thiên nhiên, 














 hp cht thiên nhiên, 









.
S ng không thích hp vi nhng hp cht thiên nhiên d b
thy gii. Nhng nguyên liu xp và ri rc rt thích h g ct trc tip.






 , 









 , 
, 

. Tuy nhiên, 

















, 

 



















, 







,

4.1.3. Chưng cất cách thủy






 

 trong 

, 


hp cht thiên
nhiên 
     kích
u.























cao, .





, 







, 








 . Tuy nhiên,  



7
4.1.4. Chưng cất lôi cuốn hơi nước gián tiếp
c to ra t nng có áp sung
t.
t gián tip  t tinh du t các nguyên liu thc
vt, p.























 ,













 , 




















 , 



, r



. , 


















khê,  , 






 . Tuy nhiên, 





























 . 

, 

.
4.1.5. Ưu – nhược điểm
m:
+ Thit b gn nh, d ch to.
+ Quy trình k thun .
+ Không s dng nhiu vt liu ph  ly, hp th.
+ Thi gian t i nhanh.
+ Hiu sut tách khá cao. Sn phm là tinh dc có th 
cn  áp sut thp  ng các cu t cn thit.
+ 



 ,  







 
 



.
m:
+ Nu sn phm là tinh du thì chng có th b ng khi trong tinh
du có nhng cu phn d b phân hng

tinh di ln.
+ Không lc các loi nha và sáp có trong nguyên liu.
+ Nhng tinh du có nhi ng cho hiu sut rt kém.
+ 





























, 





.


8
4.1.6. Ứng dụng
4.1.6.1. Mt s kt qu nghiên cu
Tách tinh dầu từ rau má
Tht t
T l nguyên liu/th c t300g/100ml
Thi gian héo nguyên liu: 2 gi
Hiu sut: 0,1%
Ch s acid: 4,56
Ch s xà phòng:13,07
Ch s ester: 8,51
Ch s iod: 2,223
Tách tinh dầu từ củ riềng
Tht t
T l nguyên liu/th c tml
Hiu sut: 0,317%
T trng: 0,9209
Ch s khúc x: 1,4769
Ch s acid: 1,24

Ch s xà phòng: 42,23
Ch s ester: 41
Tách tinh dầu từ củ gừng
Tht t
T l nguyên liu/th c t
Hiu sut: 0,43432%
T trng: 0,8806
Ch s acid: 0,8507
Ch s xà phòng: 9,2540
Ch s ester: 8,4033
Ch s khúc x: 1,884
Tách tinh dầu từ quả quất
Tht t
T l khng v  c t00g/250ml


9
Hiu sut: 2,61%
T trng: 0,8417
 sôi: 176
0
C
t quay cc: +92,8
Chit sut: 1,4673
Ch s acid: 0,54
Ch s xà phòng: 6,86
Ch s ester: 6,32
Ch s iod: 56,375
4.1.6.2. t lôi cun c thu tinh du ca v qu h Citrus
Tinh du t h qu ng lc ng dng rt nhiu trong các

u, m phm và thc phm. H Citrus có tinh du cha trong các túi
cha tinh du trong v qu vng khá lc tách b
c hot lôi cuc.
 quy trình công ngh:



















c

Thành phm
Nguyên liu
t
X lý
Hn h


Tinh d
Phân ly
Tinh du thô


10

c ra


Sinh hàn



Bình cu


Bp

c vào

B tách tinh du

Qu h      a sch, gt ly phn v xanh phía
ngoài, xay nhuyn trong máy xay sinh t c khong 2x2  tin
hành xay nguyên liu khi chun b t, không xay tt c mt lúc.
Cân 100g nguyên liu cho vào bình cu cùng vi dung môi c  c, t l
c:nguyên liu là 3:1, lt h th và tit.

Hình 4.1.  t
 lôi cun tinh d trong sinh hàn và tách lp
ti b phn tách tinh du.
Ghi nhn thi gian xut hin tinh dn th tích tinh du mi 5 phút
1 ln.
Sau 3 ln liên tip th tích tinh di, cho ngng h th
ct, ng tinh du vào bình cha tinh du.
ng tinh dn hành làm khan vi Na
2
SO
4
khan.
Tinh dc ba nhiu terpen và
sesquiterpen nên d b oxy hóa  u king 5 tun bo qun
u.
Thành phn terpen và sesc tách bng cách cho tinh dc t

11
c hòa tan trong ethanol 96
0
, tinh du s hòa tan
c c h n ethanol n 65
0
, các dng terpen s
không hòa tan  cn th ni lên trên s c lc b.
4.2. Trích ly bằng dung môi
4.2.1. Giới thiệu
n h tách ly mt
cht hay mt nhóm các cht t hn hp cn nghiên cng hng gp nht
là s chit hot cht t dung dc vào dung môi h trng
nh   lp trên, dung môi có t trng ln
      l i, khi trn ln 2
c và dung môi hi nhau, pha này có th khuch tán mt ít sang pha kia
 n mt pha vc và pha kia vn là dung môi hc 2
pha li vi nhau, th tích 2 pha khi lc không b c khi lc.
 n, gi thit rng th tích ci khi lc. Ly
trích nhm mu ch hay phân tích.
4.2.2. Trích ly bằng dung môi dễ bay hơi
4.2.2.1. Nguyên tc
S dng dung môi thích h hòa tan nhng cu t trong nguyên lic
x lý thành dng thích hp,  nhi phòng. Dung môi chit s ngm qua thành t
bào ca nguyên liu, các hp cht trong t bào s  xut
hin quá trình thm thu gia dch chit bên trong và dung môi bên ngoài do chênh
lch n. Sau khi trích ly phi thc hin quá trình tách dung môi  áp sut th
c tinh du.

4.2.2.2. Yêu cu ca dung môi
Có nhi sôi th hn ch tn tht dung môi và thun
tin trong vi 
i vi tinh du.
Có kh i tái s dng.
 nht th không làm gim t khuch tán.
Có kh u lp chc hòa tan
 tránh làm loãng dung môi và hn ch kh u ca dung môi.


12
Dung môi phi tinh khit b, không gây mùi l c
hi vi s dng.
 li cn.
Dung môi phi r tin và d kim.
4.2.2.3. Nhn xét
Hi các yêu cu trên, tùy tng
ng hp c th mà có th chc dung môi thích hp.
Trong trích ly bng dung môi thì t l n 1:12
Ching: khuy mnh, thi gian chit ngm là có O
2
vào
dung dch nên có th oxy hóa các hp cht d b oxy hóa.
Chiy nh r yên ngâm, thn ch
c s oxy hóa.
Ching hay dùng cho nhng hp ch bào.
4.2.2.4. t bng Soxhlet

Hình 4.2 : 
Dng c: gm mt bình ct trong b u chnh nhi. Mt

b phn cha mu bt cây, gm 3 ng: ng kính lt  gi
cha bt cây.  dn dung môi t 


13
vào ng D cha bt cây. ng kính nh là  dn dung môi
t D tr c tr li bình cu A. Trên cao nht là 
Thc hin: bt trc tip trong ng D hoc trong túi v d
ly bt cây ra kh ng bt cây trong 
mc cong ca ng thông nhau E.
a chn vào bình cu. Kim tra h thng kín, m c chy
m bu chnh nhit sao cho dung môi
trong bình cu sôi nh u. Dung môi tinh khi b
theo i theo  lên cao n
môi b  thành th lng, rt thng xung 
cha bt cây. Dung môi ngm vào bt cây và chit nhng cht h hòa
              ng D càng
nhiu, mc dung môi dâng lên cao trong ng thng
n mt mc cao nht trong ng E, dung môi s b hút v
bình cu A, lc hút này s rút ra ha trong ng D.
Bp vn tip tt quy trình mi vn chuyu. Các
hp chc hút xung bình cu và nm t có dung môi tinh khic
b tip tc quá trình chit. Tip tn khi chit kit cht trong bt
cây.
Sau khi hoàn tt, ly dung môi chit ra khi bình ci dung môc
cao chit.
4.2.3. Trích ly bằng dung môi không bay hơi
4.2.3.1. Nguyên tc
Da vào tính cht có th hòa tan trong chng vt và thc vt ca tinh du,
i ta ngâm nguyên liu vào dng vt hay thc vt, tinh du s khuch tán qua

màng t bào hòa tan vào d thu tinh du.
Ngâm nguyên liu trong du thc cha hp th và
trích ly.
 yu s di vi nhng nguyên liu d h
4.2.3.2. Yêu cu ca dung môi
Ph thuc nhiu vào chng du béo phng các yêu cu
sau:


14
+ Không mùi.
 nhi th ng s tip xúc nguyên liu.
i nguyên liu.
+ D tách ly tinh du t hoa.
4.2.3.3. Nhn xét
ng dung môi không bay 
pháp trích ly bng dung môi d  ch c tinh du ít t
t th công, rm
ln là cht béo dùng làm dung môi rt khó ch bin và bo qun, giá thành cao. Chính
vì vc s dng.
4.2.3.4. t ngâm dm
K thui thit b phc tp vì th có th thao tác vng ln
mu cây. Ngâm bt cây trong mt bình cha bng thy tinh hoc bng thép không r,
có nn xp x b mt ca lp bt
cây. Gi yên  nhi phòng trong mc m cho dung môi xuyên
thm vào cu trúc t bào thc vt và hòa tan các hp cht t ch
chit s c lc ngang qua mt t giy lc, thu hi dung môi s c cao chit.
Tip theo rót dung môi mi vào bình cha bt cây và tip tc quá trình chit thêm mt
s ln nn khi chit kit mu cây.
c thu hc bng các cht làm khan và

c tip tc s d chit các ln sau.
4.2.3.5. t ngm kit
c s dng ph bii thit b tn kém, phc tp. So v
pháp ngm di thit b phc tu qu li
t liên tc, dung môi trong bình
ngm kiu cht s c thay th liên tc bng dung môi tinh khit.


15

Hình 4.3: 
4.2.4. Ứng dụng nghiên cứu chiết tách alkaloid của rễ cây dừa cạn hoa hồng bằng
thiết bị soxhlet
4.2.4.1. Gii thiu cây da cn hoa hng

Hình 4.4: 
Tên khác: 
Tên khoa  Catharanthus roseus (L.) G. Don
 Vinca rosea L.
 
 Madagasca Periwinkle, Pervenche mangache.
Cây da cng xuân hoa, là cây tho s
hng, mc riêng l  k lá gn ngn.  Vit Nam, da cn là cây hoang di, có vùng
phân b t  tnh Qun Kiên Giang dc theo
vùng ven bii tp trung  các tnh mi An,
Tha Thiên - Hu, Qung Nam, Ðà Nng, Bình Ðnh và Phú Yên.  nhng vùng phân


16
b t nhiên ven bin, da cn có khi mc gn loi rng

phi lao, trng c cây bi thp, có kh u kin ca
vùng cát ven bin. Da cc trng kh làm cnh và làm
thuc.

 0,2%.
 rong thân (0,46%) và lá (0,37  1,15%).
 





                
alkaloid Vinblastin và Vinc          




Vincristine Vinblastine
Hình 4.5: Hai alkaloid phổ biến trong cây dừa cạn hoa hồng


4.2.4.2. Thc nghim
 Nguyên liu

R da cn rt phát trin, ng ch có mt r cái và chùm r ph  i t.


17
R cái âm thng xung t, có th t chiu dài 35  40cm, r ph mc thành chùm

th ngn, phát trin theo chiu ngang, vùng v r là  tích  ch yu các
alkaloid (hình 4.6).


Hình 4.6
 Quy trình






















+ dung môi chloroform
+ thi gian chit: 10 gi

+ nhi: 60  70
0
C
R cây da cn
X 
Xay thành bt mn
Loi tp
sc t, nha, tecpen, chlorophyll

Tm dung dch
NH
3

Chit Soxhlet
Thu dch chit
Tinh ch
+ ra sch
+ cht nh



+ dung dch NH
3
25%
+ thi gian: 1  2 gi

Sn phm

18
R cây da cn hoa hng sau khi c thu hoch, em ra sch, cht nh,  t
nhiên n  m thích hp (9,13%), cui cùng em xay mn thành bt. Dùng khong
10,23 g bt r da cn em loi tp (sc t, nha, tecpen, chlorophyll  tm bt
da cn va loi tp vi dung dch amoniac 25% trong thi gian t 1  2 gi. Chit soxhlet
bt da cn sau khi  tm dung dch amoniac, vi dung môi chloroform  nhit  khong
60  70
0
C, thi gian chit khong 10 gi. Thu c dch chit có màu
vàng nâu, làm khan
bng Na
2
SO
4
khan.
Kt qu   nh 4 alkaloid trong cây da cn hoa hng (vinbalstin, vincistin,
m t l khong 65%.
4.3 Trích ly bằng CO
2
siêu tới hạn
4.3.1. Nguyên lý




vùng t


2


 
C
= 31
0
C, P
C
= 73,8 bar), CO
2





2
oát 









Hình 4.7: 


19
Các chất có khả năng tan tốt trong CO
2

siêu tới hạn
- Các aldehyde, ketone, ester, alcohol, và các halogen-car

- Các hydrocar
carr
4.3.2. Ứng dụng của phương pháp tách chiết siêu tới hạn
4.3.2.1. 
Hình 4.8: 
2
FE)

2


Nguyên tắc hoạt động:
- Dòng CO
2


2

- 
2


2
 .
- 
2



- CO
2




20
4.3.2.2. quy trình SFE
-   


2
si
Âu,

0,
- CO
2
 
houblon  
houb CO
2
 
sterol

- CO
2

avender,

 
                



ây

-         CO
2
    


4.3.3. Ưu điểm và khuyết điểm của phương pháp CO
2
siêu tới hạn so với các phương
pháp truyền thống.
4.3.3.1.  

2

+ CO
2






21


+ CO
2


g

 
+ Khí CO
2


+ 


+ 
+ 
+ 
+ 
4.3.3.2. Khuyết điểm

4.4 Các phương pháp khác
4.4.1. Phương pháp ly trích có hỗ trợ vi sóng






               
(2,45x10

9




-OH, -COOH, -NH2 



22
V       tr vi sóng (MAE  Microwave-assisted
extraction) thì s dng sóng có tn s 0,3  300 GHz thâm nhp qua mi sinh
khc hp th bi các phân t phân cc
c bic trong m sinh khi có th c gia nhit mt
cách hiu qu ng nht t bên trong, gây ra s phá v t bào. V nguyên tc, hng
s n môi ca dung môi càng ln thì kh p th 
mnh. Nhng dung môi phân cc, ethanol, methanol hoc acetone có hng
s n môi khá cao, vì th chúng có kh p th ng vi sóng mnh và
c la chn trong các quy trình tách chit có h tr vi sóng. Nhng dung
môi không phân cc chng hi vi các quy trình
này. Tuy nhiên vi dung môi hn hp ca mt cht không phân cc và mt cht phân
cc thì vn có th áp dng quá trình này chng hn hn hp hexane  methanol. Vì
vy trong quá trình tách chit có h tr vi sóng thì vic la chn dung môi sao cho kh
p th ng vi sóng cao là mt yu t rt quan trng. Nhng yu t nh
ng ti quá trình là nhi, công sut ca thit b vi sóng, thi gian tách chit.
c xem là mu qu  tách chit các cht chuyn hóa trong
thc vt chng hn các cht chng oxy hóa (Xiao et al., 2009), du thc vt (Cravotto
et al, 2008), cht béo t vi to (Lee at al, 2010).

Hình 4.9: H thng ly trích có h tr vi sóng

23
4.4.2. Phương pháp sử dụng sóng siêu âm
ly trích h tr sóng siêu âm dng gây v bt ca sóng
siêu âm. Nhi và áp sut ngay ti thm v bng có th n 4000K
và 1000 atm trong b tu này ty nhanh tc
 phn ng mt ngng. Khi các bong bóng b v trên b mt
vt liu rn, áp sut và nhit  gii phóng sinh ra các tia siêu nh ng thn b
mt vt liu rn và phá v màng vt liu. Nh tính chc dùng
 tách chit các thành phn trong du thc vt.
Hình 4.10: Nguyên lý phá v màng t bào ca sóng siêu âm





24
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Hương liệu mỹ phẩm  c Chính. Nhà xut b  c gia
TP.HCM. 2005.
2. Hướng dẫn thí nghiệm Công nghệ hương liệu mỹ phẩm 
TP.HCM. Nguyn Hu Anh Tun. 2009
3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất tinh dầu gừng. Tng
Th Ánh Ngc, Nguyp chí Khoa hc 2011.
4. Khóa luận tốt nghiệp “Nghiên cứu các biện pháp làm tăng hàm lượng dầu
trong tảo và tối ưu hóa quá trình chiết dầu thô”. c Duy, Nguyn Xuân Thiên.
HCM. 2010.
5. Ly trích tinh dầu của cây rau má (Hydrocotyle asiatica). Nguyn Th Trúc
Loan.

6. Nghiên cứu chiết tách Alkaloid của rễ cây dừa cạn hoa hồng tại Bình Định.
ng. Tp chí Khoa
hc và Công ngh ng  S 2 (43).2011
7. Nghiên cứu chiết tách và xác định thành phần hóa học tinh dầu củ riềng ở Hội
An, Quảng Nam Th Triu H
Nng. Tp chí Khoa hc và Công ngh ng  S 5 (40).2010
8. Tách tinh dầu và Alkaloid từ quả quất (Citrus japonica Thumb.). Nguyn Th
Lý, Lê Th  Oanh, Phan Th Bo Vy, Hunh Mai Th
Hi ngh Khoa hc và Công ngh ln 9.
9. Tài liệu môn Công nghệ sinh học – thực phẩm. Lp c
phm.
10. Enhancing Extraction Processes in the Food Industry. Nikolai Lebovka. CRC
Press  Taylor and Francis Group. 2012.
11. Handbook of Food Products Manufacturing. Yiu H. Hui,Stephanie Clark.
John Wileys and Sons, Inc.
12. />Cong-Nghe/Cac-Phuong-Phap-San-Xuat-Tinh-Dau/