Phương pháp chiết Soxhlet là gì?
Phương pháp chiết Soxhlet là một kỹ thuật truyền thống được sử dụng để chiết chất béo trong thực phẩm. Phương pháp này được phát minh bởi Franz von Soxhlet vào năm 1879. Cho đến ngày nay, phương pháp chiết Soxhlet đã trở thành “tiêu chuẩn vàng” trong kỹ thuật chiết lỏng – rắn. Điều này là do tính đơn giản, chi phí thấp, hiệu suất chiết cao và tính dễ sử dụng của phương pháp.
Quá trình chiết Soxhlet được thực hiện trong một bộ thiết bị gọi là “bộ chiết Soxhlet”, gồm 3 bộ phận chính: bình chứa dung môi, ống chiết và ống sinh hàn (Hình 1). Mẫu được đặt trong đầu lọc và sau đó đặt trong ống chiết. Khi bình chứa blok dễ xử lý, dung môi bay hơi lên trên và rơi vào mẫu trong đầu lọc. Mẫu sẽ dần được làm đầy bằng dung môi ấm. Khi đầy, toàn bộ dung môi chứa chất béo sẽ được chuyển về bình chứa thông qua ống siphon.
Sau khi chất béo xuống bình chứa dung môi, chúng sẽ nằm ở đó mà không tham gia vào các chu kỳ chiết tiếp theo. Chỉ có dung môi sạch tiếp tục bay hơi và tham gia vào chu kỳ tiếp theo. Đây là lợi thế chính của phương pháp chiết Soxhlet. Sau nhiều chu trình trong một khoảng thời gian từ 6 đến 24 giờ, bộ chiết Soxhlet được tháo ra và phần dung môi chứa chất chiết (chất béo) được cô cạn, để lại phần chất chiết để phân tích.
Cần chuẩn bị những yếu tố sau để thực hiện phương pháp chiết Soxhlet:
1) Bộ chiết Soxhlet: bình chứa dung môi, ống chiết và ống sinh hàn
2) Bếp điện để gia nhiệt bình chứa dung môi
3) Hệ thống làm lạnh và cung cấp nước cho ống sinh hàn
4) Đầu lọc để chứa mẫu đã tiền xử lý
5) Dung môi phù hợp để hòa tan chất cần phân tích
6) Cân kỹ thuật để cân mẫu, bình chứa rỗng và bình chứa sau khi sấy khô.
Phương pháp Randall – Giải pháp giúp giảm thời gian chiết Soxhlet
Gần 100 năm sau khi phương pháp chiết Soxhlet được phát minh, vào năm 1974, Edward Randall đã giới thiệu một cải tiến lớn trong kỹ thuật chiết Soxhlet, giúp rút ngắn thời gian chỉ còn 30 phút. Phương pháp Randall gồm 3 bước chính: Đun sôi, Rửa và Thu hồi (Hình 2).
1) Đun sôi: Đầu lọc được đặt trong dung môi sôi. Điều này làm cho phương pháp Randall nhanh hơn phương pháp chiết Soxhlet truyền thống, vì các chất cần phân tích tan tốt hơn trong dung môi nóng hơn.
2) Rửa: Đầu lọc được nâng lên khỏi dung môi sôi và quay lại chu kỳ chiết Soxhlet thông thường.
3) Thu hồi: Bằng cách đóng van của dung môi, dung môi đã ngưng tụ sẽ được chuyển hướng đi ra ngoài và được thu hồi để tái sử dụng hoặc loại bỏ.
Nhiều hệ thống tự động hoặc bán tự động phụ thuộc vào phương pháp Randall. Hệ thống chiết Soxhlet-Randall bán tự động có thể được điều chỉnh nhiệt độ và có tính năng an toàn; trong khi hệ thống tự động hoàn toàn có thể hoạt động mà không cần giám sát và có nhiều tính năng an toàn. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) đã chấp thuận việc sử dụng chiết Soxhlet tự động để tách chiết các chất hữu cơ cần phân tích từ đất, bùn và chất thải rắn (Phương pháp 3541).
Tiền xử lý mẫu
– Sấy khô: Để tối ưu hóa việc chiết béo, hầu hết các mẫu nên được sấy khô trước. Sự hiện diện của nước trong mẫu có thể làm giảm hiệu suất chiết của dung môi, dẫn đến việc thu hồi ít chất béo. Đối với các mẫu có nhiều ẩm, có thể trộn chúng với cát trước khi sấy khô. Điều này giúp mẫu không bị cục bông trong quá trình sấy khô và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tách chiết.
– Thủy phân: Mẫu đã qua chế biến, nấu chín hoặc nghiền thường có chất béo liên kết với protein, carbohydrate và/hoặc khoáng chất. Điều này khiến chất béo không thể hòa tan. Thủy phân bằng axit, trong đó mẫu được đun sôi với axit clohidric, giúp phá vỡ các liên kết này và làm cho chất béo có thể được chiết bằng dung môi.
– Rửa bằng nước: Mẫu chứa nhiều thành phần hòa tan trong nước có thể ảnh hưởng đến hiệu suất chiết bằng dung môi. Việc rửa bằng nước trước khi tiến hành chiết, sau đó là sấy kỹ, có thể cải thiện hiệu suất thu hồi do loại bỏ các thành phần tan trong nước từ mẫu.
Tối ưu quá trình tách chiết
– Lựa chọn dung môi: Để tách chiết chất béo thô, diethyl ether và ether dầu mỏ là dung môi thường được sử dụng. Tuy nhiên, diethyl ether có tính chất tạo peroxide không tốt trong phòng thí nghiệm. Ether dầu mỏ không phải là ether tinh khiết mà là một hỗn hợp chứa các hydrocarbon béo, có nhiều công thức và điểm sôi khác nhau. Ngoài ra, các thành phần dễ bay hơi trong ether dầu mỏ có thể bị mất trong quá trình tách chiết, do đó không nên tái chế hoặc sử dụng lại các dung môi này. Ví dụ, một thí nghiệm đã được thực hiện để so sánh hiệu suất của 3 loại dung môi: ether dầu mỏ, hexanes và pentane, với diethyl ether trong việc thu hồi chất béo thô. Kết quả cho thấy lượng chất béo thu hồi từ hexanes tương đương với việc sử dụng diethyl ether, với giá trị R2 = 0.9925.
– Thời gian tách chiết: Thời gian đun sôi và thời gian rửa rất quan trọng. Nếu thời gian này quá ngắn, quá trình chiết sẽ không thu hồi đủ chất béo trong mẫu. Các phương pháp thường xác định thời gian tách chiết sao cho kết quả gần nhất với phương pháp chiết Soxhlet truyền thống thông qua sử dụng các chất tham chiếu.
– Nhiệt độ tách chiết: Nên thiết lập nhiệt độ của hệ thống tách chiết theo khuyến nghị của nhà sản xuất. Điều này giúp đảm bảo tốc độ ngưng tụ và thu hồi dung môi.
– Nhiệt độ ống sinh hàn: Nhiệt độ của nước trong ống sinh hàn đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh tốc độ ngưng tụ và thu hồi dung môi. Nếu nước quá nóng, tốc độ thu hồi sẽ chậm lại và có thể dẫn đến việc thu hồi ít chất béo. Trong một số trường hợp, ống sinh hàn quá nóng có thể dẫn đến mất mát dung môi trong quá trình đun sôi và rửa.
Sản phẩm của GeneSmart
Máy chiết béo Soxhlet-Randall 06 vị trí bán tự động (RAYPA – Tây Ban Nha) sử dụng phương pháp Randall/Twisselman giúp rút ngắn thời gian tách chiết còn khoảng 30 đến 60 phút. Máy có thể được cài đặt nhiệt độ và thời gian độc lập cho cả 3 bước đun sôi, rửa và thu hồi. Nó có tính năng an toàn để ngăn chặn quá nhiệt và đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế của AOAC, ISO, và AACC.
Tài liệu tham khảo
1) Anderson, S. (2004). Soxtec: Đặc điểm và ứng dụng. Trích từ “Oil Extraction và Phân tích: Những vấn đề quan trọng và các nghiên cứu cạnh tranh.”
2) Hewavitharana, G. G., Perera, D. N., Navaratne, S. B., & Wickramasinghe, I. (2020). Các phương pháp chiết chất béo từ mẫu thực phẩm và chuẩn bị este acid béo metyl cho sắc ký khí: Một bài viết tổng quan. Arabian J. Chem., 13(8), 6865-6875.
3) Majors, R. E. (2006). Các phương pháp hiện đại để chiết chất rắn: Một cập nhật. Tạp chí LC GC Bắc Mỹ, 24, sep, 73-81.
4) Raynie, D. E. (2019). Nhìn vào Quá khứ để hiểu Tương lai: Chiết Soxhlet.