Chiết xuất hương thảo bằng siêu âm công suất cao

Hương thảo là một loại thảo mộc thường xanh có hương thơm, giàu các hợp chất có hoạt tính sinh học và tinh dầu được sử dụng trong các sản phẩm y dược, thực phẩm và mỹ phẩm. Chiết xuất bằng siêu âm là một kỹ thuật nhẹ nhàng nhưng có hiệu quả cao để tách các hợp chất có hoạt tính sinh học và tinh dầu từ hương thảo cùng các loại thảo mộc khác. Chiết xuất bằng siêu âm mang lại hiệu suất thu hồi cao hơn và chất lượng dịch chiết vượt trội trong thời gian xử lý ngắn.

Sản xuất dịch chiết hương thảo bằng siêu âm

Thiết bị siêu âm có hiệu quả cao trong sản xuất dịch chiết thực vật. Siêu âm là một kỹ thuật chiết xuất nhẹ nhàng, không dùng nhiệt, cho phép xử lý nhẹ nhàng và tách các phân tử có hoạt tính sinh học dễ bị tổn hại từ thực vật. Vì xử lý bằng siêu âm chỉ tác động bằng các lực thuần túy cơ học nên tránh được việc làm tổn hại các phân tử nhạy cảm với nhiệt. Điều này cho phép điều chế dịch chiết toàn phổ chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học, tương tác với nhau và tạo ra hiệu ứng được gọi là hiệu ứng hiệp đồng. Chẳng hạn, dịch chiết hương thảo bằng siêu âm chứa hàm lượng cao các phân tử có hoạt tính sinh học như axit carnosic, carnosol, axit rosmarinic, axit oleanolic, axit ursolic, camphor, 1,8-cineole, axit p-coumaric và axit caffeic.
Để sản xuất dịch chiết hương thảo, các hợp chất có hoạt tính sinh học được tách từ lá hình kim của cây hương thảo (Salvia rosmarinus, Rosmarinus officinalis). Dịch chiết này thường được sử dụng làm chất bảo quản và chất tạo hương tự nhiên trong ngành thực phẩm và mỹ phẩm.
 

Dịch chiết hương thảo chứa một số hợp chất có hoạt tính sinh học, bao gồm các chất chống oxy hóa như axit carnosic và axit rosmarinic, đã được chứng minh là có đặc tính chống viêm, kháng vi sinh vật và chống ung thư. Những đặc tính này giúp dịch chiết hương thảo hữu ích trong việc bảo quản độ tươi và chất lượng của các sản phẩm thực phẩm, đồng thời mang lại những lợi ích tiềm năng cho sức khỏe khi được sử dụng trong thực phẩm bổ sung và các phương thuốc tự nhiên.
Trong ngành thực phẩm, dịch chiết hương thảo thường được thêm vào thịt chế biến, các sản phẩm bánh nướng và đồ ăn nhẹ để kéo dài thời hạn sử dụng và ngăn ngừa quá trình oxy hóa. Dịch chiết này cũng được sử dụng làm chất tạo hương tự nhiên trong nước xốt, xốt trộn và nước ướp.
Trong ngành mỹ phẩm, dịch chiết hương thảo được sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc da và tóc nhờ đặc tính chống oxy hóa và chống viêm, có thể giúp bảo vệ và nuôi dưỡng da và tóc. Dịch chiết này cũng được sử dụng làm chất tạo hương thơm và chất tạo màu tự nhiên trong một số sản phẩm mỹ phẩm.

Cơ chế phá vỡ thành tế bào (a) thành tế bào bị phá vỡ do hiện tượng xâm thực. (b) dung môi khuếch tán vào cấu trúc tế bào.
(Hình minh họa được điều chỉnh từ Shirsath và cộng sự, 2012)

Quá trình sản xuất dịch chiết hương thảo bằng thiết bị siêu âm dạng đầu dò diễn ra như thế nào?

Quá trình sản xuất dịch chiết hương thảo bằng thiết bị siêu âm dạng đầu dò thường bao gồm các bước sau:

1. Chuẩn bị hương thảo: Lá hương thảo được làm sạch, sấy khô và nghiền thành bột mịn.
2. Chiết xuất: Bột hương thảo đã nghiền được trộn với dung môi như ethanol hoặc nước, sau đó hỗn hợp được xử lý bằng thiết bị siêu âm dạng đầu dò. Thiết bị siêu âm sử dụng sóng âm tần số cao để tạo ra các bọt xâm thực, giúp phá vỡ nguyên liệu thực vật và giải phóng các hợp chất hoạt tính.
3. Lọc: Hỗn hợp được lọc để loại bỏ toàn bộ nguyên liệu thực vật còn sót lại, thu được dịch chiết dạng lỏng.
4. Cô đặc: Dịch chiết dạng lỏng được cô đặc bằng thiết bị cô quay hoặc phương pháp phù hợp khác để tăng nồng độ các hợp chất hoạt tính.
5. Sấy khô: Dịch chiết đã cô đặc được sấy khô bằng phương pháp phù hợp, chẳng hạn như sấy phun hoặc sấy đông khô (thăng hoa), nhằm tạo ra cao chiết dạng bột khô.
6. Đóng gói: Sau đó, bột khô được đóng gói và bảo quản ở nơi khô ráo, thoáng mát cho đến khi sẵn sàng sử dụng.

Việc sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò trong quá trình chiết xuất cho phép chiết xuất các hoạt chất từ lá hương thảo với hiệu suất và hiệu quả cao hơn, tạo ra dịch chiết có chất lượng cao hơn với nồng độ các hợp chất có lợi cao hơn. Ngoài ra, phương pháp này có thể được áp dụng ở quy mô lớn, phù hợp với sản xuất thương mại. Các máy siêu âm Hielscher cho phép kiểm soát chính xác các thông số quy trình và mở rộng quy mô quá trình chiết xuất một cách tuyến tính đến bất kỳ thể tích mong muốn nào.

Tính ưu việt của phương pháp chiết xuất hương thảo bằng siêu âm đã được chứng minh khoa học

Trong báo cáo nghiên cứu khoa học của mình, Dhoubi và cộng sự (2020) khảo sát ảnh hưởng của các phương pháp chiết xuất khác nhau đến thành phần hóa học và khả năng chống oxy hóa của các dịch chiết Rosmarinus officinalis L. Họ so sánh ba phương pháp chiết xuất: chiết xuất bằng lưu chất siêu tới hạn, chiết xuất có hỗ trợ siêu âm (UAE) sử dụng máy siêu âm Hielscher UIP1000hdT và chiết xuất có hỗ trợ vi sóng (MAE).

Những điểm nổi bật của nghiên cứu:

• Các tác giả nhận thấy rằng phương pháp chiết xuất ảnh hưởng đáng kể đến thành phần hóa học và khả năng chống oxy hóa của các dịch chiết hương thảo. Khi so sánh với cả hai kỹ thuật chiết xuất còn lại là chiết xuất bằng lưu chất siêu tới hạn và chiết xuất bằng vi sóng, phương pháp chiết xuất có hỗ trợ siêu âm cho kết quả tốt nhất.
• Dịch chiết hương thảo bằng siêu âm sử dụng ethanol rất giàu polyphenol.
• Khi xử lý bằng siêu âm, khả năng chống oxy hóa cao hơn được ghi nhận với thời gian chiết xuất ngắn (10 mins).

Quy trình chiết xuất hương thảo bằng siêu âm

Quá trình chiết xuất có hỗ trợ siêu âm được thực hiện bằng máy siêu âm dạng đầu dò sử dụng đầu phát siêu âm (UIP1000hd, Hielscher Ultrasonics, xem hình bên dưới). Hỗn hợp bột hương thảo và ethanol tuyệt đối (1:3 w/v) được cho vào thiết bị phản ứng hai lớp vỏ và xử lý bằng siêu âm ở công suất 750 W trong 10 min. Nhiệt độ chiết xuất được điều chỉnh ở 25°C. Dịch chiết siêu âm được ly tâm ở 4000 rpm trong 10 min. Phần dịch nổi được thu lấy và cô đặc trong điều kiện chân không bằng thiết bị cô quay chân không.

Hệ thống chiết xuất siêu âm sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò Hielscher UIP1000hdT để chiết xuất nguyên liệu thực vật theo mẻ.
(hình: © Petigny et al., 2013)

Cụ thể, so với phương pháp ngâm chiết, phương pháp chiết xuất siêu âm tạo ra các dịch chiết có nồng độ hợp chất phenolic tổng số, flavonoid và carotenoid cao hơn, cũng như hoạt tính chống oxy hóa cao hơn. Ngoài ra, chiết xuất siêu âm là phương pháp hiệu quả hơn, cho hiệu suất thu hồi dịch chiết cao hơn trong thời gian ngắn hơn.
Các tác giả kết luận rằng việc lựa chọn phương pháp chiết xuất là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi sản xuất dịch chiết hương thảo để sử dụng trong ngành thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm. Chiết xuất siêu âm là một phương pháp chiết xuất đầy hứa hẹn, có thể tạo ra các dịch chiết có hoạt lực và hiệu quả cao hơn với hiệu suất thu hồi cao hơn.
Nhóm nghiên cứu kết luận rằng “trong số các dịch chiết được nghiên cứu, dịch chiết hương thảo thu được bằng siêu âm thể hiện hoạt tính chống oxy hóa cao hơn theo cả hai phép thử hoạt tính chống oxy hóa. Điều này liên quan đến hàm lượng phenolic tổng số cao hơn, đặc biệt là hàm lượng axit carnosic và axit rosmarinic. Hơn nữa, khi được thử nghiệm trên các nguyên bào sợi người chịu stress oxy hóa, dịch chiết siêu âm của chúng tôi thể hiện hoạt tính chống oxy hóa mạnh so với axit gallic và N-acetyl cysteine. Do đó, với mục tiêu thay thế các chất chống oxy hóa tổng hợp, dịch chiết hương thảo được điều chế bằng siêu âm của chúng tôi, một nguồn chất chống oxy hóa tự nhiên, có thể được quan tâm trong một số ứng dụng công nghiệp.”

Hoạt tính chống oxy hóa của các dịch chiết hương thảo. Các cột màu xanh dương: ở 60°C sử dụng nước cất; Các cột màu cam: sau khi xử lý bằng siêu âm.
(nghiên cứu và đồ họa: Suchkova et al., 2021)

Máy siêu âm hiệu suất cao để chiết xuất hương thảo và thảo dược

Hielscher Ultrasonics sản xuất và cung cấp máy siêu âm hiệu suất cao với mọi mức công suất và kích thước. Danh mục máy đồng hóa và máy chiết siêu âm của chúng tôi trải dài từ các thiết bị cầm tay, di động đến các hệ thống sản xuất hoàn toàn công nghiệp để xử lý trực tiếp trên đường ống các thể tích lớn ở quy mô thương mại.

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng sản xuất tại Đức

Máy siêu âm Hielscher nổi tiếng với các tiêu chuẩn cao nhất về chất lượng và thiết kế. Độ bền và khả năng vận hành dễ dàng cho phép tích hợp thuận lợi các máy siêu âm của chúng tôi vào cơ sở công nghiệp. Máy siêu âm Hielscher dễ dàng đáp ứng các điều kiện khắc nghiệt và môi trường có yêu cầu cao.

Hielscher Ultrasonics là công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt chú trọng đến các máy siêu âm hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến nhất và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, máy siêu âm Hielscher tuân thủ CE và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.
Liên hệ với chúng tôi ngay! Đội ngũ kỹ thuật được đào tạo bài bản và có nhiều năm kinh nghiệm của chúng tôi sẽ hân hạnh trao đổi với bạn về quy trình chiết xuất của bạn và đề xuất máy chiết siêu âm phù hợp nhất!

Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các máy siêu âm của chúng tôi: