Hệ thống chiết xuất chân không PVF: Nâng cao hiệu quả chiết xuất dược liệu

Việc chiết xuất các hợp chất từ thảo dược không khó, nhất là ở quy mô nhỏ. Nhưng làm thế nào để lấy được các hợp chất trong thảo dược một cách hiệu quả, tiết kiệm chi phí trên quy mô lớn lại là bài toán nan giải hơn rất nhiều. Đây chính là lý do khiến các nhà nghiên cứu không ngừng tìm cách cải tiến các phương pháp chiết xuất, từ truyền thống cho đến hiện đại, tiêu biểu như ngâm, ngấm kiệt, hầm, sắc, chiết siêu tới hạn, thăng hoa, soxhlet…

Dưới con mắt của một chuyên gia có nhiều năm kinh nghiệm về chế tạo thiết bị thực phẩm, ông Đào Thanh Khê, Giám đốc Công ty TNHH Thiết bị thực phẩm Pháp Việt nhanh chóng nhận ra những điểm hạn chế của một số phương pháp chiết xuất dược liệu phổ biến hiện nay: “Phương pháp chiết xuất truyền thống bằng nước, giống như đun thuốc bắc, có ưu điểm là nhanh gọn, không tốn nhiều tiền. Tuy nhiên, quy trình này lại cho sản phẩm chất lượng kém, có thể bị biến tính, do vận hành ở nhiệt độ cao, môi trường làm việc nóng nực. Phương pháp ngâm trong dung môi như ngâm rượu lại tốn nhiều thời gian. Phương pháp chiết xuất siêu âm cũng rất tốt, tuy nhiên, việc sản xuất máy chiết siêu âm ở Việt Nam còn ít, thứ hai là phương pháp này sử dụng sóng siêu âm, có thể phần nào ảnh hưởng đến sức khỏe”, ông nhận xét trong hội thảo do Trung tâm Thông tin và Thống kê KH&CN (CESTI), thuộc Sở KH&CN TP.HCM tổ chức vào ngày 12/10 vừa qua. Những phương pháp hiện đại hơn, hiệu quả hơn lại đòi hỏi đầu tư lớn, chưa thực sự phù hợp với các cơ sở sản xuất, doanh nghiệp quy mô vừa và nhỏ đang chiếm tỉ lệ lớn ở Việt Nam.

Những băn khoăn trên đã dẫn ông Đào Thanh Khê và các cộng sự đến với nghiên cứu về phương pháp chiết xuất chân không từ 10 năm trước đây. Công nghệ chiết xuất chân không đã có trên thế giới từ lâu, nhiều doanh nghiệp Việt Nam cũng đã nhập khẩu các loại máy chiết chân không của châu Âu và các nước trên thế giới. Nhưng theo quan sát của những người trong ngành, “rất ít máy chiết chân không phù hợp với điều kiện trong nước”. Để khắc phục vấn đề này, ông Đào Thanh Khê đã hình dung đến một chiếc máy “phù hợp với túi tiền, công nghệ đơn giản, dễ vận hành, nhưng vẫn chiết xuất được các chất từ thảo dược với nồng độ cao”.

Tối ưu hệ thống phù hợp với Việt Nam

Để lấy được các hợp chất trong thảo dược nhiều nhất có thể, phương pháp chiết xuất chân không sử dụng áp suất chân không và nhiệt độ thấp. Về bản chất, chiết xuất là việc sử dụng dung môi để lấy các chất tan ra khỏi các mô thực vật. Trong công đoạn này, sẽ có ba quá trình xảy ra cùng lúc: các phân tử chất tan dịch chuyển qua vách tế bào thực vật, chất tan bị hòa tan trong dung môi, chất tan khuếch tán trong dung môi. Các yếu tố như dung môi, nhiệt độ, áp suất… sẽ ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu quả của quá trình chiết xuất. Với hầu hết các phương pháp chiết xuất, “nếu dùng nhiệt độ cao thì tốc độ chiết rất nhanh, nhưng có thể ảnh hưởng đến tính chất của dược liệu, hoặc có thể bị thay đổi màu sắc, mùi vị…”, ông Đào Thanh Khê cho biết.

Công nghệ chiết chân không sử dụng nhiệt độ thấp nên sẽ giải quyết được vấn đề biến tính dược liệu. Trong khi đó, nguyên lý chân không sẽ giúp “kéo” được nhiều hợp chất ra khỏi dược liệu hơn. “Dưới điều kiện thay đổi của áp suất chân không và dưới tác dụng của dung môi, vật chất được co bóp liên tục. Khi áp suất âm, mọi vật chất đi ra khỏi cấu trúc vật liệu. Khi áp suất về lại khí quyển, các dung môi di chuyển vào trong cấu trúc vật chất tạo một dòng đối lưu từ vật chất ra ngoài và ngược lại”, ông Đào Thanh Khê giải thích về nguyên lý của phương pháp này. “Ở áp suất chân không, sự thấm dung môi sẽ diễn ra nhanh hơn. Sự sôi trào ở nhiệt độ thấp cùng với lực co bóp chân không trong tận cấu trúc của dược liệu, nên các chất dễ thoát ra”.

Dựa trên các nguyên lý về áp suất và nhiệt độ, ông Khê và các cộng sự đã thiết kế hệ thống chiết chân không PVF (viết tắt tên tiếng Anh của Công ty Thiết bị thực phẩm Pháp Việt) gồm ba bộ phận chính gồm nồi chiết, bộ hồi lưu dung môi và máy lọc cao áp. Thoạt nhìn, hệ thống này chẳng mấy khác biệt so với các thiết bị chiết xuất chân không mà nhiều đơn vị khác đang phân phối trên thị trường. Người ta sẽ đưa dược liệu vào nồi chiết xuất, sau khi hệ thống gia nhiệt làm nóng dung môi, thủy phân hợp chất trong dược liệu và thu được dịch chiết. Sau đó, dịch chiết được đẩy qua bộ lọc rồi chuyển sang thiết bị cô đặc chân không. Dưới tác động của nhiệt, áp suất chân không và lực hút của bơm chân không, dung môi trong dịch chiết bay hơi liên tục cho đến khi thu được cao chiết với độ đặc theo yêu cầu.

Điểm khác biệt lớn nhất của hệ thống PVF đến từ quá trình cải tiến liên tục trong suốt 10 năm qua. “Chúng tôi là một trong những đơn vị đầu tiên sản xuất hệ thống chiết chân không tại Việt Nam. Toàn bộ quy trình đều được nghiên cứu và chế tạo trong nước, trong quá trình thương mại hóa, chúng tôi vẫn không ngừng tìm cách tinh chỉnh và tối ưu”, ông Khê cho biết. Nhờ đó, hiệu suất và giá cả của hệ thống PVF vẫn đủ năng lực cạnh tranh với các hệ thống chiết xuất đời mới trên thị trường.

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm so sánh ba phương pháp chiết xuất đông trùng hạ thảo bằng công nghệ thường, chiết xuất chân không PVF và chiết xuất siêu âm. Kết quả cho thấy dịch chiết đông trùng hạ thảo bằng công nghệ chiết xuất chân không PVF có ưu điểm vượt trội hơn hẳn: “Thời gian chiết ngắn, giữ được màu sắc, mùi vị, tính chất. Hệ thống kín, sạch sẽ, an toàn và dễ vận hành. Dung dịch rất trong, không bị lợn cợn các vẩn đục của các bào tử nấm”, ông Đào Thanh Khê nói. Trong khi đó, công nghệ thường tốn nhiều thời gian và điện năng, nhiệt độ chiết xuất cao làm biến đổi tính chất dịch chiết, môi trường nóng nực. Chiết xuất siêu âm tuy nhanh chóng song khó vận hành hơn, dịch chiết có lợn cợn huyền phù.

Đảm bảo an toàn cho vận hành

Ngoài hiệu suất chiết và giá thành, một trong những vấn đề nhận được nhiều sự quan tâm nhất là độ an toàn của thiết bị. “Tôi thấy công nghệ này rất hay, nhưng không biết độ an toàn khi sử dụng như thế nào, vì quá trình gia nhiệt sẽ dùng điện hoặc nồi hơi. Đặc biệt nếu dùng nồi hơi cần đến người đã qua đào tạo mới có thể sử dụng, nhất là nồi hơi chân không liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ, áp suất, liệu có an toàn cho người sử dụng?”, đại diện một hợp tác xã bày tỏ trong hội thảo.

Đây cũng là tiêu chí mà nhóm nghiên cứu đặt lên hàng đầu trong quá trình thiết kế hệ thống chiết chân không PVF. “Nếu dùng điện, hệ thống sẽ gia nhiệt thông qua chất tản nhiệt là nước. Nồi chiết có hai lớp vỏ áo, nước ở lớp ngoài, có một điện trở ngâm trong nước, khi gia nhiệt thanh điện trở nóng lên, nhưng nó được ngâm trong nước nên khá an toàn. Nếu truyền nhiệt bằng lò hơi, chúng tôi thiết kế dẫn hơi đi trong ống, trao đổi nhiệt cho nước, rồi nước truyền nhiệt vào trong, an toàn hơn là cách thiết kế hơi chui trực tiếp vào trong lớp vỏ nồi”, ông Đào Thanh Khê phân tích. Hơn nữa, dưới áp suất âm, thiết bị này có thể điều chỉnh nhiệt cùng với áp suất lướt qua được điểm chớp cháy, tránh cháy nổ khi làm việc với dung môi nguy hiểm.

Những ưu điểm của hệ thống chiết chân không PVF đã thu hút nhiều sự chú ý của các doanh nghiệp. “Thiết bị này có thể tùy chỉnh theo các quy mô sản xuất khác nhau. Trong 10 năm qua, chúng tôi đã bán máy cho nhiều doanh nghiệp trong lĩnh vực dược liệu, thực phẩm, mỹ phẩm ở trong nước và một số quốc gia lân cận như Lào, Campuchia. Một số doanh nghiệp ở Canada đề xuất nên đem máy sang đó, vì họ có nhu cầu, trong khi máy của Việt Nam rẻ hơn nước ngoài. Những thị trường mới như vậy chúng tôi cũng chưa rành lắm, nhưng bất cứ ai có nhu cầu hợp tác, chúng tôi đều sẵn sàng”, ông Khê cho biết.