Các sự khác biệt chính giữa thẩm thấu và lọc máu là thẩm thấu đề cập đến sự chuyển động của các phân tử nước hoặc dung môi từ vùng có nồng độ cao đến vùng có nồng độ thấp qua màng bán thấm trong khi thẩm tách đề cập đến quá trình phân tách các phân tử chất tan trong dung dịch bằng sự chênh lệch tốc độ khuếch tán của chúng qua màng bán thấm. màng thấm. Khuếch tán, thẩm thấu, thẩm tách, và vận chuyển tích cực, v.v ... là những quá trình mô tả chuyển động của các phân tử từ khu vực này sang khu vực khác. Một số chuyển động yêu cầu cung cấp năng lượng trong khi một số diễn ra thụ động mà không tiêu thụ năng lượng. Khi các phân tử chuyển từ nơi có nồng độ cao hơn sang nơi có nồng độ thấp hơn, nó không sử dụng năng lượng. Tuy nhiên, khi chuyển động ngược lại xảy ra; các phân tử chuyển từ vùng có nồng độ thấp sang vùng có nồng độ cao, quá trình này sử dụng năng lượng vì nó diễn ra ngược lại với gradient nồng độ. Những chuyển động này rất quan trọng để lọc các chất, duy trì sự cân bằng thẩm thấu, di chuyển các ion và các chất khác vào và ra qua màng tế bào, ... Trong số các chuyển động khác nhau, thẩm thấu và lọc máu là hai quá trình quan trọng. Ngoài ra, cả thẩm thấu và lọc máu đều có hai loại; thẩm thấu nội và thẩm thấu ra ngoài là hai loại thẩm thấu, và hai loại thẩm tách chính là thẩm phân máu và thẩm phân phúc mạc. 1. Tổng quan và sự khác biệt chính 2. Thẩm thấu là gì 3. Lọc máu là gì 4. Điểm giống nhau giữa thẩm thấu và thẩm tách 5. So sánh song song - Thẩm thấu và Lọc máu ở dạng bảng 6. Tóm tắt Thẩm thấu là gì?Thẩm thấu là một kiểu khuếch tán, trong đó các phân tử nước hoặc phân tử dung môi di chuyển từ vùng có nồng độ cao hơn sang vùng có nồng độ thấp thông qua màng bán thấm. Quá trình này tiếp tục cho đến khi nồng độ chất tan cân bằng trong cả hai khu vực. Tuy nhiên, trong thẩm thấu, màng bán thấm không cho phép các chất hòa tan di chuyển qua màng. Vì các phân tử nước hoặc phân tử dung môi di chuyển dọc theo gradient nồng độ nên nó không cần năng lượng. Do đó, nó là một quá trình thụ động xảy ra một cách tự phát. Thẩm thấu là một quá trình sinh học quan trọng diễn ra bên trong tế bào của tất cả các loài thực vật và động vật. Trên thực tế, đó là quá trình chính mà nước được vận chuyển vào và ra khỏi tế bào. Lọc máu là một quá trình tách các chất tan trong dung dịch dựa trên tốc độ khuếch tán của chúng. Nó cũng xảy ra thông qua màng bán thấm. Chất tan di chuyển từ nơi có nồng độ cao hơn đến nơi có nồng độ thấp hơn dọc theo gradien nồng độ qua màng chọn lọc. Lọc máu hầu hết được sử dụng để giúp những bệnh nhân suy thận vì thận của họ không thể tự lọc máu. Do đó, lọc máu có thể được thực hiện để điều trị suy thận cấp, loại bỏ thuốc, chất độc, chất độc ra khỏi cơ thể chúng ta, v.v. Lọc máu có hai loại chính. Chạy thận nhân tạo là một loại, và nó sử dụng một máy gọi là dialyzer. Trong chạy thận nhân tạo, máu từ động mạch của người bệnh đến máy (thận nhân tạo). Sau đó, máy loại bỏ các tạp chất và chất thải ra khỏi máu và lọc máu. Cuối cùng, máu đã được lọc sạch sẽ cung cấp trở lại các động mạch của bệnh nhân. Giải phẫu tách màng bụng là một dạng lọc máu khác không sử dụng máy, thay vào đó, sử dụng màng lọc của ổ bụng (phúc mạc) và dung dịch vệ sinh gọi là dialysate để làm sạch máu.
Thẩm thấu là sự di chuyển của nước qua màng bán thấm trong khi thẩm tách là sự di chuyển của các phân tử chất tan qua màng bán thấm. Do đó, đây là điểm khác biệt cơ bản giữa thẩm thấu và lọc máu. Hơn nữa, thẩm thấu làm cân bằng nồng độ chất tan ở cả hai phía trong khi thẩm phân tách các phân tử chất tan nhỏ khỏi các phân tử chất tan lớn hơn. Theo đó, thẩm thấu tạo điều kiện thuận lợi cho sự di chuyển của nước vào và ra khỏi tế bào trong khi lọc máu giúp lọc máu và loại bỏ chất thải và độc tố ở những người bị suy thận. Do đó, điều này nhấn mạnh sự khác biệt khác giữa thẩm thấu và lọc máu. Hơn nữa, thẩm thấu có hai loại; cụ thể là lọc máu trong và ngoài trong khi lọc máu có hai loại chính là chạy thận nhân tạo và lọc màng bụng. Ngoài ra, có sự khác biệt giữa thẩm thấu và lọc máu dựa trên chuyển động của chúng. Thông tin chi tiết được trình bày trong infographic về sự khác biệt giữa thẩm thấu và lọc máu Tóm tắt - Thẩm thấu so với Lọc máuThẩm thấu và thẩm tách là hai quá trình liên quan đến chuyển động của các phân tử qua màng bán thấm. Trong thẩm thấu, các phân tử nước hoặc phân tử dung môi di chuyển từ nơi có nồng độ cao hơn đến nơi có nồng độ thấp dọc theo gradien nồng độ qua màng bán thấm. Mặt khác, trong thẩm phân, các phân tử chất tan nhỏ tách khỏi các phân tử chất tan lớn hơn bằng cách chuyển từ nơi có nồng độ cao hơn đến nơi có nồng độ thấp hơn qua màng bán thấm. Do đó, đây là điểm khác biệt cơ bản giữa thẩm thấu và lọc máu. Hơn nữa, thẩm thấu có thể là thẩm thấu nội hoặc thẩm thấu ra ngoài trong khi thẩm tách có thể là thẩm phân máu hoặc thẩm phân phúc mạc. Sự thẩm thấu là một kiểu khuếch tán xảy ra một cách thụ động. Mặt khác, lọc máu có thể xảy ra thông qua khuếch tán hoặc lọc. Tất cả các thông tin được đề cập ở trên tóm tắt sự khác biệt giữa thẩm thấu và lọc máu. MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ CHIẾT XUẤT DƯỢC LIỆU (tiếp) MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ CHIẾT XUẤT DƯỢC LIỆU(tiếp) 1.1. Quá trình thẩm thấu Khái niệm: Quá trình thẩm thấu là quá trình khuếch tán giữa hai pha lỏng đi qua một màng có tính chất bán thấm, có nghĩa là màng đó chỉ cho dung môi đi qua mà không cho chất tan đi qua. Màng đó gọi là màng bán thấm. Do áp lực thẩm thấu của các phân tử chất tan, dung môi sẽ được thấm từ pha lỏng có nồng độ chất tan thấp hơn sang pha lỏng có nồng độ cao hơn, cho đến khi áp lực thủy tĩnh cân bằng với áp lực thẩm thấu. Ứng dụng: trong tế bào dược liệu chất nguyên sinh có tính chất bán thấm, vì vậy khi dược liệu còn tươi, do tác dụng của chất nguyên sinh mà chỉ có dung môi được thấm vào tế bào làm cho dược liệu bị trương nở, còn chất tan trong tế bào thì không khuếch tán ra ngoài được. Do đó, trong chiết xuất, người ta phải tìm cách phá hủy chất nguyên sinh bằng nhiệt hoặc bằng cồn để thực hiện quá trình chiết xuất 1.2. Quá trình thẩm tích Khái niệm: quá trình thẩm tích là quá trình khuếch tán giữa hai pha lỏng qua một màng có tính chất thẩm tích, có nghĩa là màng đó không chỉ cho dung môi đi qua mà còn cho cả chất tan đi qua, nhưng chỉ cho qua những chất có phân tử nhỏ. Ứng dụng: màng tế bào dược liệu có tính chất của một màng thẩm tích, do đó khi chiết xuất nếu màng tế bào còn nguyên vẹn thì chỉ có chất tan là phân tử nhỏ và ion (phẩn lớn là hoạt chất) khuếch tan qua màng tế bào; còn các chất có phân tử lớn (thường là chất keo, chất tạp,…) thì không qua được màng tế bào nên không bị chiết vào dịch chiết. Như vậy, có thể coi màng tế bào như một màng lọc có tính chọn lọc. Đây chính là ưu điểm của màng tế bào đối với quá trình chiết xuất. Do đó, trong quá trình chiết xuất, không nên xay dược liệu quá mịn; vì khi đó màng tế bào bị phá vỡ, tính chọn lọc của màng tế bào không còn, dịch chiết sẽ lẫn nhiều tạp, gây khó khăn cho quá trình tinh chế. 2. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất dược liệu 2.1. Những yếu tố thuộc về thành phần, cấu tạo của dược liệu 2.1.1. Màng tế bào dược liệu Màng tế bào dược liệu có ảnh hưởng nhiều đến quá trình khuếch tán. Khi còn sống, đó là nơi xảy ra quá trình trao đổi chất có tính chọn lọc. Khi chết, đó là nơi xảy ra các hiện tượng khuếch tán, thẩm thấu, thẩm tích,… Màng tế bào có cấu tạo không ổn định, có thể bị thay đổi tính chất vật lý và thành phần hóa học để đáp ứng với những chức phận sinh lý đặc biệt mà nó đảm nhiệm (hóa gỗ, hóa khoáng, phủ sáp,…). Những sự thay đổi này có thể xảy ra từng phần hoặc toàn phần ở màng tế bào và thường thay đổi nhiều ở thực vật đã già. Đối với thực vật còn non hay mỏng mềm như cỏ cây, hoa lá, thành phần của màng tế bào chủ yếu là cellulose. Cellulose có tính chất không tan trong nước và không tan trong các dung môi khác, bền vững ở nhiệt độ cao, có tính mềm dẻo đàn hồi. Đối với dược liệu loại này, dung môi dễ thấm vào dược liệu, do đó chỉ cần xay thô dược liệu. Nếu xay mịn, dễ khéo theo nhiều tạp vào dịch chiết. Đối với dược liệu đã già, rắn chắc như hạt, gỗ, rễ, vỏ thân… thì màng tế bào trở nên dày và có thể xảy ra những biến đổi sau: Màng tế bào có thể bị hóa bần, hóa cutin, hoặc có thể bị phủ thêm một lớp sáp,… đó là những chất có bản chất lipid, có tính chất không thấm nước và khí, do đó dung môi khó thấm vào dược liệu. Màng tế bào có thể bị hóa gỗ, hóa khoáng, bị phủ thêm lớp dioxyd silic hoặc calci carbonat, màng tế bào trở nên dày, rắn chắc, nên dung môi khó thấm vào dược liệu. Màng tế bào có thể bị phủ thêm lớp chất nhầy. Chất nhầy tan được trong nước, nhưng khi hút nước nó bị trương nở và trở nên nhớt, làm bít kín các ống mao quản trên màng tế bào, gây cản trở sự thấm của dung môi, cản trở quá trình khuếch tán. Do đó, với những dược liệu đã già, rắn chắc nên xay nhỏ dược liệu, tạo điều kiện cho dung môi dễ thấm ướt dược liệu, chất tan dễ khuếch tán vào dung môi. 2.1.2. Chất nguyên sinh Chất nguyên sinh có thành phần hóa học rất phức tạp và không ổn định. Chất nguyên sinh có tính nhớt, tính đàn hồi, không tan trong nước, không màu và không bền đối với nhiệt. Ở nhiệt độ 50 – 60oC, chúng bị mất hoạt tính sinh học (trừ trường hợp những hạt khô, quả khô, chất nguyên sinh có thể chịu được tới 80-105oC). Có thể nói chất nguyên sinh là một môi trường dị thể phức tạp, có thể coi đó là một hệ keo nhiều pha, tạo thành từ những hợp chất cao phân tử, phân tán trong môi trường nước (ví dụ: giọt dầu, giọt mỡ, hạt tinh bột, hạt tinh thể…) Chất nguyên sinh có tính chất bán thấm, có nghĩa là chỉ thấm đối với dung môi mà không cho chất tan đi qua. Do đó, để chiết được các chất tan trong tế bào, người ta phải tìm cách phá hủy chất nguyên sinh bằng cách làm đông vón chúng bằng nhiệt (sấy hoặc phơi khô) hoặc bằng cồn (hơi hoặc cồn nóng). 2.1.3. Một số tạp chất có thể có trong dược liệu Đó là sản phẩm của các quá trình trao đổi chất, là chất dự trữ hoặc chất thải của cây. Các chất này thường gây cản trở hoặc cũng có khi có tác dụng thuận lợi cho quá trình chiết xuất. Dưới đây là một số ví dụ: Đối với những dược liệu chứa nhiều pectin, gôm hoặc chất nhầy: Đó là những chất tan được trong nước, và khi tan trong nước thì bị trương nở, tạo dung dịch keo, làm tăng độ nhớt, gây cản trở cho quá trình chiết xuất. Có thể loại các chất này bằng cách cho kết tử trong cồn cao độ. Đối với những dược liệu chứa nhiều tinh bột Tinh bột có tính chất không tan trong nước lạnh, nhưng ở nhiệt độ cao tinh bột bị hồ hóa, làm tăng độ nhớt của dung dịch, gây cản trở cho quá trình chiết xuất. Do đó, đối với những dược liệu này, không nên xay dược liệu quá mịn, tránh giải phóng ra nhiều tinh bột và không nên chiết ở nhiệt độ cao để tránh bị hồ hóa. Đối với những dược liệu chứa chất béo, dầu mỡ, tinh dầu, sáp, nhựa Đó là những chất không tan trong nước và thường tan trong các dung môi không phân cực. Nếu dùng dung môi chiết là nước, các chất này sẽ làm dung môi khó thấm vào dược liệu, gây cản trở quá trình chiết xuất, do đó, cần phải loại đi bằng các dung môi thích hợp trước khi chiết. Nếu dùng dung môi không phân cực để chiết, dịch chiết sẽ lẫn nhiều tạp, những tạp này sẽ bị loại đi trong giai đoạn tinh chế. Đối với những dược liệu chứa enzym Enzym có bản chất là protein, ở nhiệt độ 60-70oC, enzym bị mất hoạt tính, còn ở nhiệt độ lạnh enzym chỉ bị ngừng hoạt động, sau đó nếu nâng đến nhiệt độ thích hợp thì enzym lại được phục hồi. Tùy từng trường hợp cụ thể mà enzym có thể gây cản trở hoặc cũng có khi lại tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết xuất. Ví dụ: glycosid trong cây bao gồm hai phần là đường và phần không đường. Dưới tác dụng của enzym vốn có sẵn trong dược liệu, gặp điều kiện thuận lợi (ấm, ẩm), glycosid khỏi bị thủy phân. Có 3 phương pháp để diệt enzym: + Phương pháp nhiệt ướt: nhúng dược liệu vào chất lỏng sôi (nước hoặc cồn) + Phương pháp nhiệt ẩm: cho dược liệu qua hơi ẩm (hơi nước sôi hay hơi cồn sôi) + Phương pháp nhiệt khô: cho dược liệu qua luồng không khí nóng 2.2. Những yếu tố thuộc về dung môi Một số yếu tố của dung môi có ảnh hưởng tới quá trình chiết xuất là độ phân cực, độ nhớt, sức căng bề mặt 2.2.1. Độ phân cực của dung môi Nói chung dung môi ít phân cực thì dễ hòa tan các chất không phân cực và khó hòa tan các chất có nhiều nhóm phân cực. Ngược lại, dung môi phân cực mạnh thì dễ hòa tan các chất có nhiều nhóm phân cực và khó hòa tan các chất ít phân cực. Dựa vào độ phân cực của dung môi người ta phân loại như sau: + Dung môi không phân cực: ether dầu hỏa, xăng, hexan, heptan, benzen, toluen,.. + Dung môi phân cực yếu và vừa: cloroform, diclorethan, aceton,… + Dung môi phân cực mạnh: nước, glycerin, cồn… 2.2.2. Độ nhớt, sức căng bề mặt của dung môi Nói chung, dung môi có độ nhớt càng thấp hoặc có sức căng bề mặt càng nhỏ thì dung môi càng dễ thấm vào dược liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết xuất và ngược lại. Một số độ nhớt của các dung môi thường gặp: 2.3. Những yếu tố thuộc về kỹ thuật Đó là những yếu tố có thể thay đổi được bằng các biện pháp kỹ thuật khác nhau, nhằm tạo ra những điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết xuất. Đó có thể là những yếu tố: nhiệt độ, thời gian, độ mịn của dược liệu, khuấy trộn, siêu âm… 2.3.1. Nhiệt độ chiết xuất Theo công thức tính hệ số khuếch tán của Einstein, khi nhiệt độ tăng thì hệ số khuếch tán cũng tăng, do đó, theo định luật Fick, lượng chất khuếch tán cũng tăng lên. Hơn nữa, khi nhiệt độ tăng thì độ nhớt của dung môi giảm, do đó sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết xuất trong một số trường hợp sau: + Đối với những hợp chất kém bền ở nhiệt độ cao: nhiệt độ tăng cao sẽ gây phá hủy một số hoạt chất như vitamin, glycosid, alcaloid… + Đối với tạp: khi nhiệt độ tăng, không chỉ độ tan của hoạt chất tăng mà độ tan của tạp cũng đồng thời tăng theo, dịch chiết sẽ bị lẫn nhiều tạp. Nhất là đối với một số tạp như gôm, chất nhầy,… khi nhiệt độ tăng sẽ bị trương nở; tinh bột bị hồ hóa, độ nhớt của dịch chiết sẽ bị tăng, gây khó khăn cho quá trình chiết xuất, tinh chế. + Đối với dung môi dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp: khi tăng nhiệt độ thì dung môi dễ bị hao hụt, khi đó thiết bị phải kín và phải có bộ phận hồi lưu dung môi. + Đối với một số chất đặc biệt có quá trình hòa tan tỏa nhiệt: khi nhiệt độ tăng, độ tan của chúng lại giảm. Do đó, để tăng độ tan thì cần phải làm giảm nhiệt độ. + Từ những phân tích trên, ta thấy tùy từng trường hợp cụ thể mà cần lựa chọn nhiệt độ sao cho phù hợp (tùy thuộc vào các yếu tố như dược liệu, dung môi, phương pháp chiết xuất…) 2.3.2. Thời gian chiết xuất Khi bắt đầu chiết, các chất có phân tử lượng nhỏ (thường là hoạt chất) sẽ được hòa tan và khuếch tán vào dung môi trước, sau đó mới đến các chất có phân tử lượng lớn (thường là tạp như nhựa, keo,…). Do đó, nếu thời gian chiết ngắn sẽ không chiết được hết hoạt chất trong dược liệu; nhưng nếu thời gian chiết dài quá, dịch chiết sẽ bị lẫn nhiều tạp, gây bất lợi cho quá trình tinh chế và bảo quản. Tóm lại, cần phải lựa chọn thời gian chiết xuất sao cho phù hợp với thành phần dược liệu, dung môi, phương pháp chiết xuất… 2.3.3. Độ mịn của dược liệu Khi kích thước dược liệu thô quá, dung môi sẽ khó thấm ướt dược liệu, hoạt chất khó được chiết vào dung môi. Khi độ mịn dược liệu tăng lên, bề mặt tiếp xúc giữa dược liệu và dung môi tăng lên; theo định luật Fick, lượng chất khuếch tán vào dung môi tăng lên, do đó thời gian chiết xuất sẽ nhanh hơn. Tuy nhiên, trong thực tế, nếu xay dược liệu quá mịn sẽ gây ra một số quá trình bất lợi cho quá trình chiết xuất như sau: + Khi ngâm dược liệu vào dung môi, bột dược liệu bị dính bết vào nhau, tạo thành dạng bột nhão, vón cục. Do đó, sẽ khó khuấy trộn giữa dược liệu và dung môi, quá trình chiết xuất xảy ra bị chậm lại. Mặt khác, vì bột dược liệu bị dính bết vào nhau nên khi rút dịch chiets, dịch chiết bị chảy chậm hoặc không chảy được (gọi là hiện tượng tắc thiết bị) + Khi bột dược liệu quá mịn, nhiều tế bào thực vật bị phá hủy, dịch chiết bị lẫn nhiều tạp; gây khó khăn cho quá trình tinh chế, bảo quản. Vì vậy, vần lựa chọn độ mịn của dược liệu sao cho thích hợp, tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể, tùy thuộc vào dược liệu, dung môi, phương pháp chiết xuất,… 2.3.4. Khuấy trộn Khi dung môi tiếp xúc với dược liệu, dung môi sẽ thấm vào dược liệu, hòa tan chất tan, chất tan sẽ khuếch tán từ dược liệu vào dung môi qua màng tế bào. Sau một thời gian khuếch tán, nồng độ chất tan trong tế bào giảm dần, nồng độ chất tan trong lớp dung môi tăng dần, chênh lệch nồng độ giữa trong và ngoài tế bào giảm dần, tốc độ quá trình khuếch tán cũng giảm dần, đến một lúc nào đó sẽ xảy ra quá trình cân bằng động giữa hai pha. Như vậy, nếu không có khuấy trộn, quá trình khuếch tán sẽ xảy ra rất chậm. Theo định luật Fick, chênh lệch nồng độ giữa hai pha là động lực của quá trình khuếch tán. Do đó, muốn tăng cường quá trình khuếch tán, cần phải tạo ra chênh lệch nồng độ bằng cách di chuyển lớp dịch chiết ở phía sát màng tế bào (nơi có nồng độ cao hơn) ra phía xa hơn và di chuyển lớp dung môi ở phía xa (nơi có nồng độ thấp hơn) đến sát màng tế bào. Điều này được thực hiện bằng cách khuấy trộn. Như vậy, bằng cách khuấy trộn, người ta đã tăng cường được tốc độ khuếch tán. Tùy từng trường hợp cụ thể mà người ta chọn loại cấu tạo cánh khuấy và tốc độ khuấy sao cho phù hợp. Ví dụ: + Nếu dược liệu là hoa lá mỏng manh, chỉ cần chọn tốc độ khuấy nhỏ, không nên khuấy mạnh để tránh cho dược liệu khỏi bị dập nát gẫy vụn, tránh đưa nhiều tạp vào dịch chiết. + Nếu dược liệu cứng nhắc như hạt, rễ, thân, gỗ… cần phải chọn loại cánh khuấy khỏe, tốc độ khuấy mạnh. 2.3.5. Siêu âm Năng lượng của siêu âm có tác dụng làm tăng mạnh tính thẩm thấu và khuếch tán nhờ những tác dụng của siêu âm như sau: + Làm tăng diện tích tiếp xúc giữa hai pha bằng cách phân tán chúng thành những hạt nhỏ. + Phá vỡ một phần màng tế bào + Tăng cường sự xáo trộn của hỗn hợp + Có tác dụng làm nóng tại chỗ. Phương pháp siêu âm có nhiều ưu điểm làm tăng cường quá trình chiết xuất. Tuy nhiên, phương pháp này mới chỉ được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm mà chưa được áp dụng trong sản xuất. Ngoài những yếu tố kể trên, còn nhiều yếu tố khác cũng gây ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất. Ví dụ: áp suất, pH môi trường, chấn động cơ học, dòng điện cao áp,… |
