Phương pháp chiết Soxhlet là gì?

Bạn Đang Xem: Phương pháp Randall – Cải tiến của phương pháp chiết Soxhlet

Phương pháp chiết Soxhlet là một kỹ thuật truyền thống dùng làm chiết chất béo trong thực phẩm được Franz von Soxhlet phát minh vào năm 1879. Cho tới ngày nay, phương pháp chiết Soxhlet đã trở thành “tiêu chuẩn vàng (gold standard)” trong kỹ thuật chiết lỏng – rắn, và phương pháp này vẫn sẽ tiếp tục được sử dụng vì tính đơn giản, ngân sách tương đối thấp, hiệu quả chiết cao và dễ sử dụng.

Quá trình chiết Soxhlet được thực hiện bên trong một bộ chiết gọi là “bộ chiết Soxhlet”, mỗi bộ gồm 3 phòng ban (Hình 1): bình chứa dung môi (solvent flask), ống chiết (extraction chamber) và ống sinh hàn (condenser). Sau thời điểm tiền xử lý, mẫu sẽ tiến hành đặt vào trong một đầu lọc (thimble), đầu lọc này sẽ tiến hành đặt vào trong ống chiết. Khi đun nóng bình chứa, dung môi sẽ bay hơi lên trên về phía ống sinh hàn, tại đây dung môi sẽ chuyển sang trạng thái lỏng và rơi xuống mẫu nằm trong đầu lọc. Ống chiết chứa mẫu sẽ từ từ được làm đầy bằng dung môi còn ấm, cho đến lúc đầy thì toàn bộ dung môi chứa chất béo sẽ tiến hành chuyển về lại bình chứa thông qua ống siphon.

Khi chất béo xuống bình chứa dung môi, chúng sẽ nằm đó và không tham gia vào các chu kỳ luân hồi phía sau. Chỉ có dung môi sạch tiếp tục bay hơi và tham gia vào chu kỳ luân hồi tiếp theo, đây là lợi thế chính của phương pháp chiết Soxhlet. Sau nhiều chu trình trong nhiều giờ liền (6 ~ 24 giờ), bộ chiết Soxhlet sẽ tiến hành tháo ra và phần dung môi chứa chất chiết (chất béo) sẽ tiến hành cô cạn, giữ lại phần chất chiết để phân tích.

Cần có tất cả những thứ sau để sở hữu thể thực hiện phương pháp chiết Soxhlet:

1) Bộ chiết Soxhlet: bình chứa dung môi, ống chiết và ống sinh hàn

2) Bếp từ để gia nhiệt bình chứa dung môi

3) Khối 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

Xem Thêm : Shitcoin là gì? Tất tần tật những điều cần biết về coin rác

6) Cân kỹ thuật để cân mẫu, bình chứa rỗng và bình chứa sau bước sấy khô.

Phương pháp Randall – Giải pháp giúp giảm thời kì chiết Soxhlet

Gần 100 năm tiếp theo khi phương pháp chiết Soxhlet ra đời, vào năm 1974, Edward Randall đã thực hiện một cải tiến lớn trong kỹ thuật Soxhlet giúp rút ngắn thời kì chiết chỉ từ 30 phút. Có 3 bước chính trong phương pháp Randall: “Hâm sôi (Boiling)”, “Rửa (Rinsing)” và “Thu hồi (Recovery)” (Hình 2).

1) Hâm sôi: Đầu lọc (chứa mẫu đã tiền xử lý) được hạ xuống và nhấn chìm hoàn toàn trong dung môi đang sôi. Chính điều này đã làm phương pháp Randall nhanh hơn phương pháp chiết Soxhlet truyền thống bởi vì các chất cần phân tích tan trong dung môi nóng tốt hơn là trong dung môi lạnh hay ấm.

2) Rửa: Đầu lọc được thổi lên khỏi dung môi đang sôi và trở về chu kỳ luân hồi chiết Soxhlet thông thường.

3) Thu hồi (hoặc sấy khô): Bằng phương pháp đóng van quay trở lại của dung môi, dung môi đã ngưng tụ sẽ tiến hành chuyển hướng đi ra ngoài và được thu hồi để tái sử dụng hoặc đổ bỏ.

Nhiều khối hệ thống bán tự động hóa và hoàn toàn tự động hóa đều hoạt động dựa trên phương pháp Randall. Khối hệ thống chiết Soxhlet-Randall bán tự động hóa có thể lên Khóa học nhiệt độ và các tính năng an toàn; còn khối hệ thống tự động hóa hoàn toàn có thể chạy mà không cần giám sát, lên Khóa học nhiệt độ, thu hồi dung môi và nhiều tính năng an toàn. Cơ quan Bảo vệ Môi trường tự nhiên Hoa Kỳ (EPA) đã phê duyệt chiết Soxhlet tự động hóa cho tách chiết các chất hữu cơ cần phân tích từ đất, bùn và chất thải rắn (Phương pháp 3541).

Tiền xử lý mẫu (pretreatment)

+ Sấy khô: Hồ hết mẫu nên được sấy khô trước để tối ưu việc chiết béo. Nước trong mẫu có thể làm giảm hiệu quả tách chiết của dung môi, dẫn đến thu hồi được ít chất béo. Khi đối chiếu với các mẫu rất ẩm, có thể trộn mẫu với cát trước lúc sấy. Điều này ngăn mẫu không bị vón cục trong quá trình sấy khô và cải thiện dòng dung môi để tối ưu việc tách chiết.

+ Thủy phân: Mẫu đã qua chế biến, nấu chín, hoặc ép thường có chất béo bị gắn kết với protein, carbohydrate, và/hoặc khoáng vật, khiến chúng mất khả năng hòa tan. Thủy phân bằng acid, trong đó mẫu được hâm sôi với HCl, sẽ phá hủy những gắn kết này, giúp chất béo có thể chiết được bằng dung môi.

+ Rửa bằng nước: Mẫu có chứa nhiều thành phần tan trong nước có thể sẽ sở hữu hiệu quả chiết bằng dung môi kém. Việc rửa bằng nước trước lúc chiết, tiếp theo sau đó là một bước sấy khô kỹ có thể giúp cải thiện hiệu quả thu hồi do nước đã loại bỏ những thành phần tan trong nước của mẫu.

Tối ưu quá trình tách chiết

Xem Thêm : Cargo Là Gì? Air Cargo Là Gì Trong Vận Chuyển Hàng Hóa

+ Lựa chọn dung môi: Để chiết chất béo thô, diethyl ether và ether dầu mỏ là thường được sử dụng nhất. Nhưng đặc tính tạo peroxide của diethyl ether khiến nó không được lựa chọn nhiều trong các phòng thí nghiệm. Ether dầu mỏ hay ligroin lại không phải là ether thuần chất mà là hỗn hợp chứa hydrocarbon béo, chúng có nhiều công thức cũng như điểm sôi khác nhau. Hơn nữa, các thành phần dễ bay hơi trong ether dầu mỏ có thể sẽ bị mất đi trong quá trình tách chiết, và điều này khiến những dung môi này sẽ không nên được tái chế và tái sử dụng. Một thí nghiệm đã được thực hiện để so sánh hiệu quả của 3 loại dung môi: ether dầu mỏ, hexanes, và pentane, với diethyl ether trong thu hồi chất béo thô. Kết quả chỉ ra lượng thu hồi từ hexanes tương đương diethyl ether với giá trị R2 = 0.9925.

+ Thời kì tách chiết: Thời kì bước hâm sôi và bước rửa rất quan trọng. Nếu thời kì này quá ngắn, quá trình chiết sẽ không còn thu hồi đầy đủ chất béo trong mẫu. Hồ hết các quy trình được phát triển sẽ xác định một thời kì tách chiết sao cho kết quả sớm nhất có thể với phương pháp Soxhlet truyền thống thông qua sử dụng các chất liệu tham chiếu.

+ Nhiệt độ tách chiết: Nên tùy chỉnh cấu hình nhiệt độ của khối hệ thống tách chiết theo khuyến nghị của nhà sinh sản. Điều này giúp đảm bảo tốc độ ngưng tụ và hồi lưu.

+ Nhiệt độ ống sinh hàn: Nhiệt độ nước trong ống sinh hàn đóng vai trò quan trọng trong thiết lập tốc độ ngưng tụ và hồi lưu của dung môi. Nếu nước quá ấm, tốc độ hồi lưu sẽ chậm lại và có thể dẫn đến thu hồi được ít chất béo. Trong một số trường hợp, ống sinh hàn bị ấm có thể dẫn đến thất thoát dung môi trong thời đoạn hâm sôi và rửa.

Sản phẩm của GeneSmart

Máy chiết béo Soxhlet-Randall 06 vị trí bán tự động hóa (RAYPA – Tây Ban Nha) sử dụng phương pháp Randall/Twisselman giúp rút ngắn thời kì tách chiết còn 30 ~ 60 phút, tùy chỉnh cấu hình độc lập nhiệt độ/thời kì cho tất cả 3 bước hâm sôi, rửa và thu hồi, có kiểm soát an toàn chống quá nhiệt và phù hợp các phương pháp tiêu chuẩn quốc tế AOAC, ISO, AACC.

Tài liệu tham khảo

1) Anderson, S. (2004). Soxtec: Its principles and applications. Oil Extraction and Analysis: Critical Issues and Competitive Studies.

2) Hewavitharana, G. G., Perera, D. N., Navaratne, S. B., & Wickramasinghe, I. (2020). Extraction methods of fat from food samples and preparation of fatty acid methyl esters for gas chromatography: A review. Arabian J. Chem., 13(8), 6865-6875.

3) Majors, R. E. (2006). Modern techniques for the extraction of solid materials: An update. LC GC North America, 24(sep), 73-81.

4) Raynie, D. E. (2019). Looking at the Past to Understand the Future: Soxhlet Extraction.