Chiết xuất lá ô liu bằng siêu âm để thu được dịch chiết polyphenol với hiệu suất cao

Sản xuất dịch chiết lá ô liu có hoạt tính mạnh, giàu oleuropein, hydroxytyrosol, verbascoside, flavonoid và các polyphenol có hoạt tính sinh học khác bằng máy siêu âm dạng đầu dò của Hielscher. Chiết xuất bằng siêu âm đẩy nhanh quá trình phá vỡ tế bào và truyền khối, giúp các nhà sản xuất đạt hiệu suất cao, thời gian xử lý ngắn và chất lượng dịch chiết có thể tái lập khi sử dụng nước, hỗn hợp ethanol–nước hoặc các dung môi phù hợp khác.

Chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ lá ô liu bằng siêu âm

Từ các thử nghiệm tính khả thi trong phòng thí nghiệm đến các mẻ quy mô thí điểm và sản xuất công nghiệp liên tục trên dây chuyền, máy siêu âm Hielscher cho phép bạn kiểm soát chính xác biên độ, nhiệt độ, năng lượng đầu vào và thời gian xử lý. Nhờ đó, chiết xuất bằng siêu âm trở thành giải pháp hiệu quả cho các sản phẩm dinh dưỡng hỗ trợ sức khỏe, dịch chiết thực vật, thực phẩm chức năng, mỹ phẩm và hoạt động phát triển thành phần dược phẩm.

Chi tiết các lợi ích của việc chiết xuất lá ô liu bằng siêu âm:

• Hiệu suất chiết xuất cao hơn: Giải phóng hiệu quả các hợp chất phenolic nội bào từ lá ô liu bằng hiện tượng xâm thực âm học.
• Thời gian xử lý ngắn hơn: Rút ngắn thời gian chiết xuất so với phương pháp ngâm chiết và chiết bằng dung môi thông thường.
• Quy trình nhẹ nhàng, linh hoạt về dung môi: Sử dụng nước, dung dịch ethanol trong nước, glycerol, dầu hoặc các dung môi khác tương thích với quy trình.
• Thiết bị có khả năng mở rộng quy mô: Phát triển quy trình của bạn bằng máy siêu âm phòng thí nghiệm và mở rộng quy mô tuyến tính lên các hệ thống dòng chảy công nghiệp.
• Chất lượng có thể tái lập: Điều khiển kỹ thuật số và ghi dữ liệu hỗ trợ sản xuất dịch chiết với chất lượng ổn định.
• Đa dụng: Được thiết kế cho các nhà sản xuất sản phẩm dinh dưỡng hỗ trợ sức khỏe, nhà sản xuất dịch chiết thực vật, cơ sở ép dầu ô liu, phòng thí nghiệm nghiên cứu và phát triển dược phẩm, nhà cung cấp thành phần mỹ phẩm và công ty công nghệ thực phẩm.

Điều gì khiến dịch chiết lá ô liu có lợi đến vậy?

Lá ô liu (Olea europaea), một loại phế thải hoặc phụ phẩm nông nghiệp, là nguồn cung cấp dồi dào các chất chống oxy hóa tự nhiên. Lá ô liu chứa nhiều polyphenol khác nhau (còn gọi là biophenol), chẳng hạn như oleuropein và oleacein. Polyphenol có mặt tự nhiên trong thực vật và góp phần tạo nên các lợi ích sức khỏe của dịch chiết lá ô liu. Ngoài polyphenol, lá cây ô liu còn giàu các chất chống oxy hóa như các đồng phân ligstroside, hydroxytyrosol, tyrosol và axit caffeic.
Dịch chiết lá ô liu là dạng cô đặc của các hợp chất hóa thực vật trong lá ô liu, do đó chứa hàm lượng cao các chất chống oxy hóa mạnh. Theo truyền thống, dịch chiết lá ô liu được sử dụng để tăng cường hệ miễn dịch. Chẳng hạn, dịch chiết này được dùng để giảm các triệu chứng cảm lạnh thông thường, ho và đau họng.
Hơn nữa, nghiên cứu cho thấy các polyphenol trong dịch chiết lá ô liu có thể làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch, giảm mức cholesterol, hỗ trợ giảm cân, thể hiện tác dụng kháng vi sinh vật và đóng vai trò là tác nhân chống ung thư.
Vì lý do này, dịch chiết từ lá ô liu (Olea europaea L. folium) được sử dụng làm hoạt chất trong công thức bào chế dược phẩm và thực phẩm bổ sung. Ngoài ra, dịch chiết lá ô liu còn được sử dụng trong các sản phẩm bổ sung dinh dưỡng, chế phẩm điều trị, mỹ phẩm cũng như thực phẩm và đồ uống.

Dịch chiết lá ô liu giàu các polyphenol như oleuropein, axit caffeic, hydroxytyrosol, verbascoside, rutin, quercitin, v.v.

Dầu ô liu ngâm lá: Dịch chiết lá ô liu cũng được sử dụng để làm giàu các loại dầu ô liu như dầu ô liu nguyên chất hảo hạng. Khi được bổ sung dịch chiết lá ô liu, dầu ô liu có đặc tính hương vị phong phú hơn và giá trị ORAC của dầu tăng lên. Dầu ô liu được ngâm với lá ô liu có thời hạn bảo quản được cải thiện và độ bền nhiệt cao hơn do các chất chống oxy hóa loại bỏ gốc tự do và ngăn ngừa ôi khét.
Tìm hiểu thêm về quá trình nhào trộn ô liu có hỗ trợ siêu âm để sản xuất dầu ô liu nguyên chất hảo hạng!

Các hợp chất hóa thực vật quan trọng nhất trong lá ô liu

Thành phần các hợp chất phenolic trong lá ô liu bao gồm oleuroside (oleuropein, verbascoside), flavone (luteolin, diosmetin, apigenin-7-glucose, luteolin-7-glucose, diosmetin-7-glucose), flavonol (rutin), flavan-3-ol (catechin) và các dẫn xuất phenolic (tyrosol, hydroxytyrosol, vanillin, axit vanillic, axit caffeic). Oleuropein và hydroxytyrosol là những hợp chất phenolic quan trọng nhất trong lá ô liu.

Oleuropein

Oleuropein, một iridoid không độc của ô liu (một loại monoterpenoid), là một loại hợp chất phenolic có vị đắng. Mặc dù có trong vỏ, thịt, hạt của quả ô liu xanh và trong lá ô liu, oleuropein hiện diện nhiều nhất trong lá ô liu. Với hàm lượng chiếm 6–14% khối lượng khô, đây là phân tử có hoạt tính sinh học nổi bật nhất trong lá ô liu. Tùy thuộc vào giống ô liu, đất và thời điểm thu hoạch, hàm lượng oleuropein thậm chí có thể tăng lên tới 17–23% khối lượng khô.

Hydroxytyrosol

Hydroxytyrosol là một chất chuyển hóa của oleuropein. Cả hai phân tử đều được biết đến với hoạt tính chống oxy hóa mạnh, góp phần tạo nên một số tác dụng chống oxy hóa, chống viêm và chống bệnh tật của dầu ô liu. Hydroxytyrosol có một trong những giá trị ORAC (khả năng hấp thụ gốc oxy) cao nhất được biết đến ở các chất chống oxy hóa tự nhiên.

Dịch chiết lá ô liu toàn phổ chứa nhiều polyphenol, chất chống oxy hóa và các hợp chất thực vật khác có tác dụng hiệp đồng. Chiết xuất bằng siêu âm là một kỹ thuật chiết xuất đáng tin cậy, giải phóng tất cả các hợp chất thực vật từ lá ô liu, qua đó tạo ra dịch chiết phổ rộng có hoạt tính rất mạnh.

Dịch chiết lá ô liu được sản xuất bằng xử lý siêu âm

Các điều kiện môi trường cực đoan trong vùng “điểm nóng” của hiện tượng xâm thực siêu âm có nhiều tác động khác nhau đến nguyên liệu thực vật và khả năng chiết xuất các chất từ nguyên liệu đó. Những tác động này bao gồm việc vượt qua tính thấm chọn lọc của màng tế bào, tăng cường trao đổi chất giữa bên trong tế bào và dung môi, phá vỡ tế bào bằng cơ học và giải phóng các chất nội bào (tức là các hợp chất thực vật như oleuropein, hydroxytyrosol, axit gallic, v.v.). Những tác động này mang lại hiệu suất thu hồi cao đối với các dịch chiết chất lượng cao trong thời gian xử lý siêu âm rất ngắn. Một thiết bị xử lý siêu âm 400 watt như UP400St của Hielscher có thể xử lý một mẻ huyền phù thực vật 10 lít trong vòng 5–8 phút. Các thiết bị siêu âm công nghiệp xử lý huyền phù gồm nguyên liệu thực vật và dung môi trong dòng chảy liên tục. Môi trường xử lý được bơm qua thiết bị phản ứng siêu âm và được xử lý siêu âm tại đó. Ở quy mô công nghiệp, một UIP4000hdT (4kW) có thể đạt khoảng 3L/min.
Nhờ hiệu suất thu hồi dịch chiết cao và tốc độ xử lý nhanh, chiết xuất bằng siêu âm đặc biệt hiệu quả. Vì vậy, xử lý siêu âm đã nhanh chóng được nhiều nhà sản xuất dịch chiết chất lượng cao áp dụng, chẳng hạn như dịch chiết CBD, cannabinoid, vani, tảo, gừng và nhiều dịch chiết thực vật khác. Xâm thực siêu âm có thể đạt hiệu suất thu hồi 95–99% lượng hợp chất có hoạt tính chứa trong nguyên liệu thực vật. Ví dụ, nghiên cứu cho thấy hiệu suất chiết xuất đạt 99,27% đối với việc giải phóng tổng lượng hợp chất phenolic từ lá ô liu. (Luo, 2011) Quá trình siêu âm có thể được điều chỉnh tối ưu cho nguyên liệu thô và chất lượng dịch chiết mong muốn bằng cách điều chỉnh các thông số quá trình (biên độ siêu âm, nhiệt độ, áp suất, độ nhớt).

Hình minh họa sắc ký đồ sắc ký lỏng siêu hiệu năng với đầu dò mảng diode (UHPLC-DAD) của các hợp chất phenolic từ lá ô liu được chiết xuất bằng siêu âm. Các đỉnh 1 và 2 được phát hiện ở 325nm (các đường màu đỏ), trong khi đỉnh 3 (đường màu xanh lam) được phát hiện ở 280nm.
hình ảnh và nghiên cứu: Giocometti, J. et al. (2018)

Chiết xuất bằng siêu âm tương thích với hầu hết mọi loại dung môi. Đối với chiết xuất lá ô liu có hỗ trợ siêu âm, dung dịch ethanol 80% trong nước đã được xác định là có hiệu quả cao nhất. Tuy nhiên, hiệu suất chiết xuất đối với các hợp chất thực vật cụ thể có thể thay đổi khi chọn một dung môi khác có độ phân cực khác (ví dụ: methanol).
Bạn muốn tăng lượng dầu ô liu nguyên chất hảo hạng thu được trong quá trình nhào trộn? Hãy nhấp vào đây để tìm hiểu thêm về quá trình nhào trộn EVOO bằng siêu âm!
 

Ưu điểm của các hệ thống chiết xuất bằng siêu âm

Các ưu điểm của chiết xuất bằng siêu âm bao gồm hiệu suất chiết xuất cao, khả năng tự do lựa chọn dung môi (ví dụ: nước, ethanol, hỗn hợp nước–ethanol, dầu ô liu, v.v.), cũng như khả năng vận hành đơn giản và an toàn. Nhờ các lực cơ học mạnh của quá trình xử lý siêu âm, các dung môi thân thiện với môi trường và dịu nhẹ như nước, ethanol, v.v. thường đủ để đạt được tốc độ và hiệu suất chiết xuất vượt trội. Nhờ đó, chiết xuất bằng siêu âm rút ngắn thời gian chiết xuất và cho phép giảm lượng dung môi sử dụng hoặc sử dụng các dung môi dịu nhẹ hơn. Điều này có nghĩa là chiết xuất bằng siêu âm cho phép vừa đạt tốc độ chiết xuất cao hơn, vừa tạo ra các dịch chiết có lợi hơn cho sức khỏe (ví dụ: dịch chiết bằng nước lạnh). Do nhiệt độ của quá trình có thể được kiểm soát chính xác trong khi xử lý siêu âm, sự phân hủy nhiệt của dịch chiết do nhiệt độ quá cao cũng như sự bay hơi của các chất được ngăn ngừa.
So với thiết bị chiết xuất bằng CO₂ siêu tới hạn, chi phí đầu tư mua thiết bị chiết xuất bằng siêu âm thấp. Các thiết bị xử lý siêu âm cũng có ưu thế về chi phí vận hành, khả năng vận hành đơn giản, thân thiện với người dùng và an toàn lao động.

Chiết xuất bằng siêu âm từ lượng nhỏ đến sản xuất công nghiệp

Một đặc điểm nổi bật của xử lý siêu âm là khả năng mở rộng quy mô tuyến tính của quá trình chiết xuất. Các nghiên cứu khả thi và việc sản xuất các mẻ nhỏ có thể dễ dàng được thực hiện bằng một thiết bị siêu âm gọn nhẹ trong bình chứa hở. Điều này giúp dễ dàng kiểm tra hiệu quả và chất lượng của quá trình chiết xuất bằng siêu âm. Mọi kết quả thu được ở quy mô nhỏ đều có thể được tái lập hoàn toàn và mở rộng lên quy mô lớn hơn. Khả năng điều khiển kỹ thuật số của thiết bị chiết xuất bằng siêu âm và việc tự động ghi dữ liệu các thông số siêu âm vào thẻ SD bên trong cho phép giám sát chính xác quá trình và tái lập các tiêu chuẩn chất lượng nhất quán. Danh mục sản phẩm của Hielscher Ultrasonics cung cấp thiết bị chiết xuất bằng siêu âm cho mọi quy mô – từ các thiết bị cầm tay 50 oát đến các thiết bị siêu âm công nghiệp 16.000 oát dành cho sản xuất trực tiếp trên dây chuyền. Với kinh nghiệm hàng thập kỷ của Hielscher Ultrasonics trong lĩnh vực chiết xuất bằng siêu âm và việc lắp đặt hàng trăm hệ thống chiết xuất bằng siêu âm trên toàn thế giới, dịch vụ tư vấn chuyên môn và toàn diện được đảm bảo.

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

Siêu âm và chiết xuất bằng siêu âm là gì?

Siêu âm được định nghĩa là các dao động âm có tần số trên 20kHz, tức là hơn 20.000 dao động mỗi giây. Đây là vùng nằm trên dải tần nghe được của con người. Vì vậy, siêu âm bao phủ một dải dao động âm rất rộng, nghĩa là lĩnh vực siêu âm có nhiều ứng dụng khác nhau. Những ví dụ ứng dụng được biết đến nhiều nhất bao gồm các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh tại cơ sở y tế, hỗ trợ đỗ xe ô tô và kiểm tra không phá hủy vật liệu. Các ví dụ vừa nêu sử dụng siêu âm tần số cao, không phá hủy.
Siêu âm công suất cao được định nghĩa là các sóng âm cường độ cao, tần số thấp với tần số khoảng 20–60kHz. Những sóng âm có mật độ năng lượng cao này tạo ra các chu kỳ áp suất cao (nén) và áp suất thấp (giãn) xen kẽ trong chất lỏng. Trong một chu kỳ áp suất thấp, các sóng siêu âm năng lượng cao tạo ra những bọt chân không nhỏ hoặc các khoang rỗng trong chất lỏng. Khi những bọt này đạt đến thể tích mà chúng không thể hấp thụ thêm năng lượng, chúng sụp vỡ trong một chu kỳ áp suất cao. Hiện tượng bọt sụp vỡ này được gọi là xâm thực.
Xâm thực tạo ra các điểm nóng cục bộ trong chất lỏng hoặc huyền phù, có thể đạt nhiệt độ lên đến 5000K và áp suất lên đến 2000atm. Ngoài ra, sự sụp vỡ của các bọt xâm thực tạo ra các tia chất lỏng với tốc độ lên đến 280 m/s. Những điều kiện khắc nghiệt xuất hiện cục bộ này khiến tế bào thực vật vỡ ra, giải phóng các chất có hoạt tính sinh học bị giữ bên trong tế bào thực vật. Điều này có nghĩa là xâm thực âm phá vỡ tế bào thực vật và làm tăng sự khuếch tán của các phân tử nội bào vào dung dịch chiết (dung môi), qua đó tăng cường truyền khối. Truyền khối cao hơn đồng nghĩa với tốc độ chiết xuất cao hơn. Vì vậy, đầu dò siêu âm là một trong những công cụ được sử dụng rộng rãi nhất để sản xuất dịch chiết chất lượng cao từ các nguyên liệu thực vật như thảo mộc, lá, quả và các nguyên liệu thực vật khác.
Chiết xuất siêu âm mang lại nhiều ưu điểm như chiết xuất hoàn toàn / hiệu suất thu hồi rất cao, rút ngắn thời gian chiết xuất, cải thiện hiệu quả, tương thích với mọi dung môi và là một phương pháp chiết xuất không nhiệt.
 

Máy siêu âm UIP4000hdT để xử lý lá ô liu trực tiếp trên dây chuyền nhằm sản xuất dịch chiết chất lượng cao